JP2012248319A - Fuel cell system and control method thereof - Google Patents

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Abstract

PROBLEM TO BE SOLVED: To provide a fuel cell system capable of maintaining an idling stop state which helps to restrict the degradation of a fuel cell stack over a long period of time, and a method for controlling the fuel cell system.SOLUTION: The fuel cell system includes: idling stop control means which, when a prescribed condition is met during idling power generation, places a stack into an idling stop state by reducing both the amount of air supplied to the stack and the generated current extracted from the stack below those at idling power generation time within a range greater than 0; and exhaust valve control means which determines during idling power generation and idling stop whether nitrogen or generated water in an anode system needs to be ejected and, when determined to be necessary, opens a purge valve or a drain valve for a prescribed valve opening time. In the exhaust valve control means, valve opening times PO2 and DO2 of the purge and drain valves during idling stop are made to be shorter than valve opening times PO1 and DO1 of the purge and drain valves during idling power generation.

Description

本発明は、燃料電池システムおよびその制御方法に関する。   The present invention relates to a fuel cell system and a control method thereof.

近年、自動車の新たな動力源として燃料電池システムが注目されている。燃料電池システムは、例えば、反応ガス(水素およびエア)を化学反応させて発電する燃料電池スタックと、反応ガス流路を介して燃料電池に反応ガスを供給する反応ガス供給装置とを備える。燃料電池スタックは、例えば、数十個から数百個の燃料電池セルが積層されたスタック構造である。ここで、各燃料電池セルは、膜電極構造体(MEA)を一対のセパレータで挟持して構成され、膜電極構造体は、アノード電極(陰極)およびカソード電極(陽極)の2つの電極と、これら電極に挟持された固体高分子電解質膜とで構成される。   In recent years, fuel cell systems have attracted attention as a new power source for automobiles. The fuel cell system includes, for example, a fuel cell stack that generates electricity by chemically reacting reaction gases (hydrogen and air), and a reaction gas supply device that supplies the reaction gas to the fuel cell via a reaction gas channel. The fuel cell stack has a stack structure in which, for example, several tens to several hundreds of fuel cells are stacked. Here, each fuel cell is configured by sandwiching a membrane electrode structure (MEA) between a pair of separators, and the membrane electrode structure includes two electrodes, an anode electrode (cathode) and a cathode electrode (anode), A solid polymer electrolyte membrane sandwiched between these electrodes.

このような燃料電池システムを動力源とした燃料電池車両では、反応ガスの消費量をできるだけ抑制するため、例えば信号待ちの時などアイドル運転状態での発電が継続して行われた場合には、燃料電池スタックへの反応ガスの供給を停止することが好ましい。特許文献1には、このような反応ガスの供給の停止後であっても、燃料電池スタックから発電電流を取り出し続けることにより、すなわち燃料電池スタックのディスチャージを継続することにより、燃料電池スタックおよびシステム内に残留する水素およびエアを消費し、燃料電池スタックが高電圧状態のまま放置されるのを防止し、ひいては燃料電池スタックの劣化を抑制する技術が提案されている。   In a fuel cell vehicle using such a fuel cell system as a power source, in order to suppress the consumption of reaction gas as much as possible, for example, when power generation in an idle operation state such as when waiting for a signal is continuously performed, It is preferable to stop the supply of the reaction gas to the fuel cell stack. Patent Document 1 discloses a fuel cell stack and a system by continuing to take out the generated current from the fuel cell stack even after the supply of the reactive gas is stopped, that is, by continuing to discharge the fuel cell stack. There has been proposed a technology that consumes hydrogen and air remaining inside the fuel cell stack, prevents the fuel cell stack from being left in a high voltage state, and thus suppresses deterioration of the fuel cell stack.

特開2006−294304号公報JP 2006-294304 A

しかしながら、上記特許文献1の技術のように反応ガスの供給を完全に停止してしまうと、MEAの近傍に滞留する酸素と水素が反応してしまい触媒が劣化するおそれがあるため、アイドル停止中も、反応ガスをごく僅かでも供給し続けることが好ましいことが知られている。したがって、アイドル停止中は、反応ガスを低流量で供給しかつディスチャージを継続することにより、MEA近傍における酸素と水素の反応による劣化と燃料電池スタックが高電圧状態になることによる劣化との両方を抑制できる。   However, if the supply of the reactive gas is completely stopped as in the technique of Patent Document 1 above, oxygen staying in the vicinity of the MEA may react with hydrogen and the catalyst may be deteriorated. However, it is known that it is preferable to keep supplying the reaction gas even if very little. Therefore, during idle stop, by supplying the reaction gas at a low flow rate and continuing the discharge, both deterioration due to the reaction of oxygen and hydrogen in the vicinity of the MEA and deterioration due to the high voltage state of the fuel cell stack are prevented. Can be suppressed.

しかしながら、このように低流量の反応ガスの供給の下で発電を継続すると、カソード極側からアノード極側へのクロスオーバによりアノード極側での窒素濃度が上昇しやすく、また発電による生成水が反応ガスの流路内に溜まる所謂フラッディングが生じやすいため、セル電圧が低下しやすい。セル電圧が過剰に低い状態で発電を継続するとスタックが劣化するおそれがあるため、セル電圧がある程度以上低下した場合には、劣化の進行を抑制するために、反応ガスの流量を増加し、アイドル停止の状態を解除する必要がある。このため、長時間にわたりスタックをアイドル停止の状態にすることは困難である。   However, if power generation is continued under such a low flow rate of reactant gas supply, the nitrogen concentration on the anode electrode side tends to increase due to the crossover from the cathode electrode side to the anode electrode side, and the water generated by the power generation is not generated. Since so-called flooding is likely to occur in the reaction gas flow path, the cell voltage tends to decrease. If power generation is continued while the cell voltage is excessively low, the stack may deteriorate, so if the cell voltage drops more than a certain level, the flow rate of the reaction gas is increased to prevent the deterioration from progressing. It is necessary to release the stopped state. For this reason, it is difficult to put the stack in an idle stop state for a long time.

本発明は、長時間にわたりスタックを劣化が小さなアイドル停止の状態にすることができる燃料電池システムおよびその制御方法を提供することを目的とする。   An object of the present invention is to provide a fuel cell system and a control method for the fuel cell system that can keep the stack in an idle stop state with little deterioration over a long period of time.

上記目的を達成するため本発明は、アノード極に燃料ガスが供給されかつカソード極に酸化剤ガスが供給されると発電する燃料電池(例えば、後述の燃料電池スタック10)と、前記燃料電池で発電した電力を消費する電気負荷(例えば、後述の高圧バッテリ16、モータ17、およびエアポンプ21など)と、アイドル発電中に所定の条件が満たされたことに応じて、前記燃料電池への酸化剤ガスの供給量および前記燃料電池から取り出す発電電流を共に0より大きな範囲内で前記アイドル発電時よりも低減することにより前記燃料電池をアイドル停止の状態にするアイドル停止制御手段(例えば、後述のECU40および)と、前記アノード極に供給されるガスおよび前記アノード極から排出されるガスが流通するアノード系に設けられた排出弁(例えば、後述のパージ弁351およびドレイン弁361)と、酸化剤ガスを希釈ガスとして、前記排出弁を開くことで前記アノード系内から排出された燃料ガスを希釈する希釈手段(例えば、後述の希釈器50)と、前記アイドル発電中および前記アイドル停止中に前記アノード系内の残留物を排出する必要があるか否かを判定し、必要がある場合には前記排出弁を所定時間にわたり開く排出弁制御手段と、を備えた燃料電池システム(例えば、後述の燃料電池システム1)を提供する。前記排出弁制御手段は、前記アイドル停止中における前記排出弁の開弁時間(例えば、後述の図10中の開弁時間PO2,DO2)を、前記アイドル発電中における前記排出弁の開弁時間(例えば、後述の図10中の開弁時間PO1,DO1)よりも短くすることを特徴とする。   To achieve the above object, the present invention provides a fuel cell (for example, a fuel cell stack 10 to be described later) that generates power when fuel gas is supplied to the anode electrode and oxidant gas is supplied to the cathode electrode, and the fuel cell. An electrical load (for example, a high voltage battery 16, a motor 17, and an air pump 21 described later) that consumes the generated power, and an oxidant to the fuel cell in response to a predetermined condition being satisfied during idle power generation Idle stop control means (for example, ECU 40 to be described later) that makes the fuel cell in an idling stop state by reducing both the gas supply amount and the generated current extracted from the fuel cell within a range larger than 0 than during the idle power generation. And) and an anode system through which the gas supplied to the anode electrode and the gas discharged from the anode electrode circulate A discharge valve (for example, a purge valve 351 and a drain valve 361, which will be described later) and a diluting means (for example, a diluting means for diluting the fuel gas discharged from the anode system by opening the discharge valve using an oxidant gas as a diluent gas) A diluter 50), which will be described later, and whether or not the residue in the anode system needs to be discharged during the idle power generation and the idle stop, and if necessary, the discharge valve is turned on for a predetermined time. A fuel cell system (for example, a fuel cell system 1 described later). The discharge valve control means uses the valve opening time (for example, valve opening times PO2 and DO2 in FIG. 10 to be described later) during the idling stop as the valve opening time ( For example, the valve opening time PO1, DO1) in FIG.

本発明では、アイドル停止中であっても、アイドル発電中と同様にアノード系内の残留物、すなわち窒素や発電による生成水などのセル電圧を低下させる要因となるものを排出する必要があるかを判定し、必要がある場合には排出弁を所定時間にわたって開き、上記残留物とともに排出された燃料ガスを希釈ガスにより希釈する。これによりセル電圧の低下を抑制し、アイドル停止の状態を長時間にわたって維持することができる。
またアイドル停止中は、アイドル発電中と比較して酸化剤ガスを低流量で供給するため、希釈手段による燃料ガスの希釈能力が低下する。これに対し本発明では、アイドル停止中における排出弁の開弁時間をアイドル発電中よりも短くすることにより、希釈能力を上回る量の燃料ガスが希釈手段に導入されないようにする。したがって、本発明によれば、アイドル停止の状態を長く維持しながら、燃料ガスを十分に希釈することもできる。
In the present invention, even during idle stop, it is necessary to discharge the residue in the anode system, that is, what causes the cell voltage to decrease such as nitrogen and water generated by power generation, as during idle power generation. If necessary, the discharge valve is opened for a predetermined time, and the fuel gas discharged together with the residue is diluted with a dilution gas. As a result, a decrease in the cell voltage can be suppressed, and the idle stop state can be maintained for a long time.
Further, since the oxidant gas is supplied at a lower flow rate during idle stop than in idle power generation, the dilution capability of the fuel gas by the diluting means is reduced. On the other hand, in the present invention, the opening time of the discharge valve during idle stop is made shorter than during idle power generation, so that an amount of fuel gas exceeding the dilution capacity is not introduced into the dilution means. Therefore, according to the present invention, the fuel gas can be sufficiently diluted while maintaining the idling stop state for a long time.

この場合、前記排出弁を閉じてから開くまでの時間を排出インターバルと定義し、前記排出弁制御手段は、前記アイドル停止中における排出インターバル(例えば、後述の図10中のインターバルPI2,DI2)を、前記アイドル発電中における排出インターバル(例えば、後述の図10中のインターバルPI1,DI1)よりも長くすることが好ましい。
本発明では、アイドル停止中における排出インターバルをアイドル発電中よりも長くすることにより、前回排出弁を閉じてから今回排出弁を再び開くまでの間に十分な量の希釈ガスを希釈手段に導入することができる。
In this case, the time from when the discharge valve is closed until it is opened is defined as a discharge interval, and the discharge valve control means uses the discharge interval during the idling stop (for example, intervals PI2 and DI2 in FIG. 10 described later). The discharge interval during idle power generation (for example, intervals PI1 and DI1 in FIG. 10 described later) is preferably longer.
In the present invention, by setting the discharge interval during idle stop longer than during idle power generation, a sufficient amount of dilution gas is introduced into the diluting means between the previous discharge valve closing and the current discharge valve reopening. be able to.

この場合、前記排出弁制御手段は、前記排出弁を閉じてから所定時間経過したことおよび前記燃料電池から取り出された発電電流の積算値が所定値以上となったことの2つの条件の何れか又は両方が満たされた場合には、前記アノード系内の残留物を排出する必要があると判定し、前記排出弁を開くことが好ましい。
排出弁を閉じてから経過した時間や、燃料電池の発電電流の積算値は、希釈手段に新たに導入される希釈ガスの積算量に概ね比例すると考えられる。したがって、本発明では、上記2つの条件の何れか又は両方が満たされた場合に排出弁を開くことにより、酸化剤ガスを低流量で供給するアイドル停止中であっても、希釈手段に十分な量の希釈ガスが導入されたと判定できる適切なタイミングで排出弁を開くことができる。
In this case, the discharge valve control means is one of the two conditions that a predetermined time has passed since the discharge valve was closed and that the integrated value of the generated current taken out from the fuel cell became a predetermined value or more. Alternatively, if both are satisfied, it is preferable to determine that the residue in the anode system needs to be discharged and open the discharge valve.
The elapsed time after closing the discharge valve and the integrated value of the generated current of the fuel cell are considered to be approximately proportional to the integrated amount of dilution gas newly introduced into the dilution means. Therefore, in the present invention, when either or both of the above two conditions are satisfied, the exhaust valve is opened, so that it is sufficient for the diluting means even during idling stop for supplying the oxidant gas at a low flow rate. The discharge valve can be opened at an appropriate timing at which it can be determined that an amount of diluent gas has been introduced.

この場合、前記アイドル停止中の前記排出弁の開弁時間は、当該アイドル停止中における前記燃料電池の発電電流に基づいて設定されることが好ましい。
希釈手段による希釈能力は酸化剤ガスの供給量に相関があり、さらに燃料電池の発電電流はこの酸化剤ガスの供給量に相関があることから、本発明では、アイドル停止中の排出弁の開弁時間をアイドル停止中の燃料電池の発電電流に基づいて設定する。これにより、アイドル停止中における排出弁の開弁時間を、希釈手段による希釈能力に応じて適切に設定することができる。
In this case, it is preferable that the opening time of the discharge valve during the idling stop is set based on the generated current of the fuel cell during the idling stop.
Since the diluting capacity of the diluting means has a correlation with the supply amount of the oxidant gas, and the generated current of the fuel cell has a correlation with the supply amount of the oxidant gas, the present invention opens the exhaust valve during idling stop. The valve time is set based on the generated current of the fuel cell during idle stop. Thereby, the valve opening time of the discharge valve during idling stop can be appropriately set according to the dilution ability by the dilution means.

この場合、前記排出弁は、前記アノード系内の残留物のうち主に気体成分を排出するパージ弁(例えば、後述のパージ弁351)および前記アノード系内の残留物のうち主に液体成分を排出するドレイン弁(例えば、後述のドレイン弁361)の少なくとも何れかを含むことが好ましい。
上述のように、アイドル停止中の燃料電池のセル電圧を低下させる要因となる残留物には、窒素のようなガス成分や発電による生成水のような液体成分が含まれる。本発明では、ガス成分を排出するためのパージ弁を、上述のような適切な開弁時間および排出インターバルで開閉することにより、窒素濃度の上昇を起因としたセル電圧の低下を抑制し、アイドル停止の状態を長く維持することができる。また、液体成分を排出するためのドレイン弁を、上述のような適切な開弁時間および排出インターバルで開閉することにより、フラッディングの発生を起因としたセル電圧の低下を抑制し、アイドル停止の状態を長く維持することができる。
In this case, the exhaust valve mainly includes a purge valve (for example, a purge valve 351 described later) that discharges mainly gas components out of the residue in the anode system and a liquid component out of residues in the anode system. It is preferable to include at least one of drain valves for discharging (for example, a drain valve 361 described later).
As described above, the residue that causes the cell voltage of the fuel cell during idling to stop includes a gas component such as nitrogen and a liquid component such as water generated by power generation. In the present invention, the purge valve for discharging the gas component is opened / closed at the appropriate valve opening time and discharge interval as described above, thereby suppressing the decrease in the cell voltage due to the increase in the nitrogen concentration and the idle valve. The stop state can be maintained for a long time. In addition, by opening and closing the drain valve for discharging the liquid component at the appropriate valve opening time and discharge interval as described above, the cell voltage drop due to the occurrence of flooding is suppressed, and the idle stop state Can be maintained for a long time.

上記目的を達成するため本発明は、アノード極に燃料ガスが供給されかつカソード極に酸化剤ガスが供給されると発電する燃料電池と、前記燃料電池で発電した電力を消費する電気負荷と、前記アノード極に供給されるガスおよび前記アノード極から排出されるガスが流通するアノード系に設けられた排出弁と、酸化剤ガスを希釈ガスとして、前記排出弁を開くことで前記アノード系内から排出された燃料ガスを希釈する希釈手段と、を備えた燃料電池システムの制御方法を提供する。前記制御方法は、所定の量の酸化剤ガスを前記燃料電池に供給しながら所定の大きさの発電電流を前記燃料電池から取り出すアイドル発電工程と、当該アイドル発電工程を実行している間に所定条件が成立したことに応じて開始し、前記アイドル発電工程時より少ない量の酸化剤ガスを前記燃料電池に供給しながら、前記アイドル発電工程時より小さな発電電流を前記燃料電池から取り出すアイドル停止工程と、前記アイドル発電工程中および前記アイドル停止工程中に前記アノード系内の残留物を排出する必要があるか否かを判定し、必要がある場合には前記排出弁を所定時間にわたり開く排出工程と、を含み、前記排出工程では、前記アイドル停止工程中における前記排出弁の開弁時間を、前記アイドル発電工程中における前記排出弁の開弁時間よりも短くすることを特徴とする。
この場合、前記排出弁を閉じてから開くまでの時間を排出インターバルと定義し、前記排出工程では、前記アイドル停止工程中における排出インターバルを、前記アイドル発電工程中における排出インターバルよりも長くすることが好ましい。
また、この場合、前記排出工程では、前記排出弁を閉じてから所定時間経過したことおよび前記燃料電池から取り出された発電電流の積算値が所定値以上となったことの2つの条件の何れか又は両方が満たされた場合には、前記アノード系内の残留物を排出する必要があると判定し、前記排出弁を開くことが好ましい。
また、この場合、前記アイドル停止工程中における前記排出弁の開弁時間は、当該アイドル停止工程中における前記燃料電池の発電電流に基づいて設定されることが好ましい。
また、この場合、前記排出弁は、前記アノード系内の残留物のうち主に気体成分を排出するパージ弁および前記アノード系内の残留物のうち主に液体成分を排出するドレイン弁のうち少なくとも何れかを含むことが好ましい。
本発明によれば、上述の燃料電池システムの発明と同じ効果を奏する。
To achieve the above object, the present invention provides a fuel cell that generates power when fuel gas is supplied to the anode electrode and oxidant gas is supplied to the cathode electrode, and an electric load that consumes the power generated by the fuel cell; A discharge valve provided in an anode system through which a gas supplied to the anode electrode and a gas discharged from the anode electrode circulate, and an oxidant gas as a diluent gas, and opening the discharge valve from within the anode system There is provided a control method for a fuel cell system, comprising dilution means for diluting discharged fuel gas. The control method includes an idle power generation step of extracting a generated current of a predetermined magnitude from the fuel cell while supplying a predetermined amount of oxidant gas to the fuel cell, and a predetermined amount during execution of the idle power generation step. An idle stop step that starts in response to the establishment of a condition and extracts a smaller generation current from the fuel cell than in the idle power generation step while supplying a smaller amount of oxidant gas to the fuel cell than in the idle power generation step. And determining whether or not the residue in the anode system needs to be discharged during the idle power generation step and the idle stop step, and if necessary, a discharge step of opening the discharge valve for a predetermined time. In the discharge step, the valve opening time of the discharge valve during the idle stop step is set to be the time of the discharge valve during the idle power generation step. Characterized by shorter than the valve time.
In this case, the time from closing the discharge valve to opening it is defined as the discharge interval, and in the discharge step, the discharge interval during the idle stop step may be longer than the discharge interval during the idle power generation step. preferable.
Further, in this case, in the discharging step, any one of two conditions that a predetermined time has passed since the discharge valve was closed and that the integrated value of the generated current taken out from the fuel cell has become a predetermined value or more. Alternatively, if both are satisfied, it is preferable to determine that the residue in the anode system needs to be discharged and open the discharge valve.
In this case, it is preferable that the opening time of the discharge valve during the idle stop process is set based on the generated current of the fuel cell during the idle stop process.
In this case, the discharge valve is at least one of a purge valve that mainly discharges a gas component of the residue in the anode system and a drain valve that discharges a liquid component of the residue in the anode system. It is preferable to include any of them.
According to the present invention, the same effects as those of the fuel cell system described above can be obtained.

上記目的を達成するため本発明は、アノード極に燃料ガスが供給されかつカソード極に酸化剤ガスが供給されると発電する燃料電池と、前記燃料電池で発電した電力を消費する電気負荷と、アイドル発電中に所定の条件が満たされたことに応じて、前記燃料電池への酸化剤ガスの供給量および前記燃料電池から取り出す発電電流を共に0より大きな範囲内で前記アイドル発電時よりも低減することにより前記燃料電池をアイドル停止の状態にするアイドル停止制御手段と、前記アノード極に供給されるガスおよび前記アノード極から排出されるガスが流通するアノード系に設けられた排出弁と、酸化剤ガスを希釈ガスとして、前記排出弁を開くことで前記アノード系内から排出された燃料ガスを希釈する希釈手段と、前記アイドル発電中には前記排出弁を所定時期に所定時間にわたり開き、前記アイドル停止中には前記排出弁を閉じる排出弁制御手段と、を備えた燃料電池システムを提供する。前記アイドル停止制御手段は、前記アイドル停止中において前記燃料電池のセル電圧が、前記排出弁を開く必要があると判断できるセル電圧に相当する排出弁開弁閾値を下回ったことに応じて前記アイドル停止を解除するとともにアイドル発電の状態にし、前記排出弁開弁閾値は、前記燃料電池の劣化が進行すると判断できるセル電圧よりも大きな値に設定されることを特徴とする。   To achieve the above object, the present invention provides a fuel cell that generates power when fuel gas is supplied to the anode electrode and oxidant gas is supplied to the cathode electrode, and an electric load that consumes the power generated by the fuel cell; In response to a predetermined condition being satisfied during idle power generation, the amount of oxidant gas supplied to the fuel cell and the power generation current extracted from the fuel cell are both reduced within a range greater than 0 than during idle power generation. An idle stop control means for bringing the fuel cell into an idle stop state, a discharge valve provided in an anode system through which a gas supplied to the anode electrode and a gas discharged from the anode electrode flow, Diluting means for diluting the fuel gas discharged from the anode system by opening the discharge valve with a diluent gas as a diluent gas, and during idle power generation Open the serial discharge valve for a predetermined time at a predetermined timing during the idle stop provides a fuel cell system and a discharge valve control means for closing the exhaust valve. The idle stop control means is responsive to the fact that the cell voltage of the fuel cell falls below a discharge valve opening threshold corresponding to a cell voltage at which it can be determined that the discharge valve needs to be opened during the idle stop. The stop valve is released and idle power generation is performed, and the discharge valve opening threshold is set to a value larger than a cell voltage at which it can be determined that the deterioration of the fuel cell proceeds.

本発明では、アイドル発電中には排出弁を所定時期に所定時間にわたって開き、燃料電池への酸化剤ガスの供給量および燃料電池から取り出す発電電流を共に0より大きな範囲内でアイドル発電時よりも低減するアイドル停止中には排出弁を閉じる。これに加えて本発明では、アイドル停止中にスタックのセル電圧が、排出弁を開く必要があると判断できるセル電圧に相当する排出弁開弁閾値を下回ったことに応じて、アイドル停止を解除するとともに再びアイドル発電の状態にする。またさらに、上記排出弁開弁閾値を、燃料電池の劣化が進行すると判断できるセル電圧よりも大きな値に設定する。すなわち本発明では、アイドル停止中に多量の生成水や窒素が燃料電池内に溜まってしまう前にアイドル停止を解除することにより、速やかに再びアイドル停止の状態にすることができる。
例えば、セル電圧が上記燃料電池の劣化が進行すると判断できるセル電圧を下回るまで低下してからアイドル停止を解除した場合、解除時には既に多量の生成水や窒素が燃料電池内に溜まっていると考えられるため、これら生成水や窒素を排出して再びアイドル停止の状態にするまでに時間がかかってしまうと考えられる。これに対し本発明では、小まめにアイドル停止を解除することにより、解除後、再びアイドル停止の状態にするまでの時間を短くできるので、結果として長時間にわたり燃料電池をアイドル停止の状態にすることができる。
In the present invention, during idle power generation, the exhaust valve is opened at a predetermined time for a predetermined time, and both the supply amount of oxidant gas to the fuel cell and the generated current to be taken out from the fuel cell are both within a range larger than 0 than during idle power generation. The exhaust valve is closed during idling stop. In addition, according to the present invention, the idle stop is canceled when the cell voltage of the stack falls below the discharge valve opening threshold corresponding to the cell voltage at which it can be determined that the discharge valve needs to be opened during the idle stop. At the same time, the system is set to idle power generation again. Furthermore, the discharge valve opening threshold value is set to a value larger than the cell voltage at which it can be determined that the deterioration of the fuel cell proceeds. That is, according to the present invention, the idle stop can be promptly resumed by releasing the idle stop before a large amount of generated water or nitrogen accumulates in the fuel cell during the idle stop.
For example, when the idling stop is canceled after the cell voltage drops below the cell voltage at which it can be determined that the deterioration of the fuel cell progresses, it is considered that a large amount of generated water or nitrogen has already accumulated in the fuel cell at the time of cancellation. Therefore, it is considered that it takes time to discharge the generated water and nitrogen and to make the idle stop again. On the other hand, in the present invention, by releasing the idling stop more frequently, the time until the idling stop state can be shortened after the release can be shortened. As a result, the fuel cell is put in the idling stop state for a long time. be able to.

この場合、前記排出弁制御手段は、前記アイドル停止が解除された直後に前記排出弁を所定時間にわたり開くことが好ましい。   In this case, it is preferable that the discharge valve control means opens the discharge valve for a predetermined time immediately after the idle stop is released.

アイドル停止中にセル電圧が排出弁開弁閾値まで低下した場合、既にある程度の量の生成水や窒素が溜まっていると考えられる。本発明では、アイドル停止の解除直後に排出弁を開くことにより、溜まっていた生成水や窒素を効率的に排出し、再びアイドル停止の状態にしたときに、長い時間にわたってアイドル停止の状態を維持することができる。   When the cell voltage drops to the discharge valve opening threshold during idling stop, it is considered that a certain amount of generated water or nitrogen has already accumulated. In the present invention, the idle valve is opened immediately after the release of the idle stop to efficiently discharge the accumulated generated water and nitrogen, and when the idle stop is resumed, the idle stop state is maintained for a long time. can do.

この場合、前記排出弁は、前記アノード系内の残留物のうち主に気体成分を排出するパージ弁および前記アノード系内の残留物のうち主に液体成分を排出するドレイン弁の少なくとも何れかを含むことが好ましい。   In this case, the discharge valve includes at least one of a purge valve that mainly discharges a gaseous component among the residues in the anode system and a drain valve that mainly discharges a liquid component among the residues in the anode system. It is preferable to include.

本発明では、ガス成分を排出するためのパージ弁を上述のような時期に開閉することにより、窒素濃度の上昇を起因としたセル電圧の低下を抑制し、アイドル停止の状態を長く維持することができる。また、液体成分を排出するためのドレイン弁を上述のような時期に開閉することにより、フラッディングの発生を起因としたセル電圧の低下を抑制し、アイドル停止の状態を長く維持することができる。   In the present invention, the purge valve for discharging the gas component is opened and closed at the timing as described above, thereby suppressing the decrease in the cell voltage due to the increase in the nitrogen concentration and maintaining the idle stop state for a long time. Can do. In addition, by opening and closing the drain valve for discharging the liquid component at the timing as described above, it is possible to suppress a decrease in the cell voltage due to the occurrence of flooding and to maintain the idle stop state for a long time.

本発明の第1実施形態に係る燃料電池システムのブロック図である。1 is a block diagram of a fuel cell system according to a first embodiment of the present invention. スタックの通常発電時におけるパージ制御の一例を示すタイムチャートである。It is a time chart which shows an example of the purge control at the time of normal electric power generation of a stack. アイドル停止制御の手順の一例を示すタイムチャートである。It is a time chart which shows an example of the procedure of idle stop control. アイドル停止継続時間とアノード系内の窒素濃度との関係を示す図である。It is a figure which shows the relationship between idle stop continuation time and the nitrogen concentration in an anode system. アイドル停止継続時間とアノード系内の生成水の量との関係を示す図である。It is a figure which shows the relationship between idle stop continuation time and the quantity of produced water in an anode system. アイドル停止中におけるパージ制御の手順を示すフローチャートである。It is a flowchart which shows the procedure of the purge control in idling stop. アイドル停止中におけるパージインターバル閾値を設定するマップの一例を示す図である。It is a figure which shows an example of the map which sets the purge interval threshold value in idling stop. アイドル停止中におけるパージ弁の開弁時間を設定するマップの一例を示す図である。It is a figure which shows an example of the map which sets the valve opening time of the purge valve in idling stop. アイドル停止中におけるドレイン制御の手順を示すフローチャートである。It is a flowchart which shows the procedure of the drain control in idle stop. アイドル停止中におけるパージ弁、ドレイン弁、およびセル電圧の変化を示すタイムチャートである。It is a time chart which shows the change of the purge valve, the drain valve, and the cell voltage during idling stop. 本発明の第2実施形態に係る燃料電池システムのアイドル停止制御の手順の一例を示すタイムチャートである。It is a time chart which shows an example of the procedure of the idle stop control of the fuel cell system which concerns on 2nd Embodiment of this invention. パージ制御の手順を示すフローチャートである。It is a flowchart which shows the procedure of purge control. アイドル停止解除後の要求総パージ量を設定するマップの一例を示す図である。It is a figure which shows an example of the map which sets the request | requirement total purge amount after idle stop cancellation | release. ドレイン制御の手順を示すフローチャートである。It is a flowchart which shows the procedure of drain control. アイドル停止解除後の要求総ドレイン量を設定するマップの一例を示す図である。It is a figure which shows an example of the map which sets the request | requirement total drain amount after idle stop cancellation | release.

<第1実施形態>
以下、本発明の第1実施形態について、図面を参照しながら説明する。
図1は、本実施形態に係る燃料電池システム1のブロック図である。
燃料電池システム1は、燃料電池スタック10と、この燃料電池スタック10に燃料ガスとしての水素ガスおよび酸化剤ガスとしてのエアを供給する供給装置20と、この供給装置20を制御する電子制御ユニット(以下、「ECU」という)40とを有する。この燃料電池システム1は、燃料電池スタック10で発電した電力を利用してモータ17を駆動し、走行する燃料電池車両(図示せず)に搭載される。
<First Embodiment>
Hereinafter, a first embodiment of the present invention will be described with reference to the drawings.
FIG. 1 is a block diagram of a fuel cell system 1 according to this embodiment.
The fuel cell system 1 includes a fuel cell stack 10, a supply device 20 that supplies the fuel cell stack 10 with hydrogen gas as a fuel gas and air as an oxidant gas, and an electronic control unit that controls the supply device 20 ( (Hereinafter referred to as “ECU”) 40. The fuel cell system 1 is mounted on a traveling fuel cell vehicle (not shown) by driving a motor 17 using electric power generated by the fuel cell stack 10.

燃料電池スタック(以下、単に「スタック」という)10は、例えば、数十個から数百個のセルが積層されたスタック構造である。各セルは、膜電極構造体(MEA)を一対のセパレータで挟持して構成される。膜電極構造体は、アノード電極(陰極)およびカソード電極(陽極)の2つの電極と、これら電極に挟持された固体高分子電解質膜とで構成される。通常、両電極は、固体高分子電解質膜に接して酸化・還元反応を行う触媒層と、この触媒層に接するガス拡散層とから形成される。このスタック10は、アノード電極側に形成されたアノード流路13に水素ガスが供給され、カソード電極側に形成されたカソード流路14に酸素を含むエアが供給されると、これらの電気化学反応により発電する。   The fuel cell stack (hereinafter simply referred to as “stack”) 10 has a stack structure in which, for example, several tens to several hundreds of cells are stacked. Each cell is configured by sandwiching a membrane electrode structure (MEA) between a pair of separators. The membrane electrode structure is composed of two electrodes, an anode electrode (cathode) and a cathode electrode (anode), and a solid polymer electrolyte membrane sandwiched between these electrodes. Usually, both electrodes are formed of a catalyst layer that performs an oxidation / reduction reaction in contact with the solid polymer electrolyte membrane and a gas diffusion layer in contact with the catalyst layer. In the stack 10, when hydrogen gas is supplied to the anode flow path 13 formed on the anode electrode side and oxygen-containing air is supplied to the cathode flow path 14 formed on the cathode electrode side, these electrochemical reactions occur. To generate electricity.

供給装置20は、スタック10のカソード流路14にエアを供給するエアポンプ21と、水素ガスを貯留する水素タンク31と、水素タンク31内の水素ガスをスタック10のアノード流路13に供給するエゼクタ32と、を含んで構成される。   The supply device 20 includes an air pump 21 that supplies air to the cathode flow path 14 of the stack 10, a hydrogen tank 31 that stores hydrogen gas, and an ejector that supplies the hydrogen gas in the hydrogen tank 31 to the anode flow path 13 of the stack 10. 32.

エアポンプ21は、エア供給路22を介してスタック10のカソード流路14の一端側に接続されている。スタック10のカソード流路14の他端側には、エア排出路23が接続され、このエア排出路23の先端側には、後述の希釈手段としての希釈器50が接続されている。この他、エア排出路23には、スタック10のカソード流路14の圧力を制御する図示しない背圧弁が設けられている。   The air pump 21 is connected to one end side of the cathode flow path 14 of the stack 10 via the air supply path 22. An air discharge path 23 is connected to the other end side of the cathode flow path 14 of the stack 10, and a diluter 50 serving as a diluting means described later is connected to the front end side of the air discharge path 23. In addition, the air discharge passage 23 is provided with a back pressure valve (not shown) that controls the pressure of the cathode passage 14 of the stack 10.

水素タンク31は、水素供給路33を介して、スタック10のアノード流路13の一端側に接続されている。この水素供給路33には、エゼクタ32が設けられている。また、水素供給路33のうち水素タンク31とエゼクタ32との間には、水素タンク31から供給される水素ガスを減圧する図示しない遮断弁およびレギュレータ38が設けられている。このレギュレータ38は、エア供給路22から分岐した流路25が接続されており、エア供給路22内の圧力を信号圧とし、この信号圧のレベルに応じて開閉することにより水素ガス圧力を制御する。より具体的には、エア供給路22内の圧力が高くなると、これに併せて水素ガス圧力を高くするべく、レギュレータ38は開き側に作動する。   The hydrogen tank 31 is connected to one end side of the anode flow path 13 of the stack 10 via a hydrogen supply path 33. An ejector 32 is provided in the hydrogen supply path 33. A shutoff valve (not shown) and a regulator 38 for reducing the pressure of the hydrogen gas supplied from the hydrogen tank 31 are provided between the hydrogen tank 31 and the ejector 32 in the hydrogen supply path 33. The regulator 38 is connected to the flow path 25 branched from the air supply path 22. The pressure in the air supply path 22 is used as a signal pressure, and the hydrogen gas pressure is controlled by opening and closing according to the level of the signal pressure. To do. More specifically, when the pressure in the air supply path 22 increases, the regulator 38 operates on the open side in order to increase the hydrogen gas pressure accordingly.

スタック10のアノード流路13の他端側には、水素還流路34が接続される。この水素還流路34の先端側は、エゼクタ32に接続されている。エゼクタ32は、水素還流路34を流通する水素ガスを回収し、水素供給路33に還流する。   A hydrogen reflux path 34 is connected to the other end side of the anode flow path 13 of the stack 10. The distal end side of the hydrogen reflux path 34 is connected to the ejector 32. The ejector 32 collects the hydrogen gas flowing through the hydrogen reflux path 34 and returns it to the hydrogen supply path 33.

水素還流路34には、アノードオフガス排出路35が分岐して設けられている。このアノードオフガス排出路35の先端側には、希釈器50が接続されている。アノードオフガス排出路35には、このアノードオフガス排出路35を開閉し、水素還流路34を流通する含水素ガスを希釈器50に排出するパージ弁351が設けられている。なお、このパージ弁351を適切なタイミングで開閉するパージ制御の詳細な手順については、後に詳述する。   An anode off-gas discharge path 35 is branched from the hydrogen reflux path 34. A diluter 50 is connected to the tip end side of the anode off gas discharge path 35. The anode off gas discharge path 35 is provided with a purge valve 351 that opens and closes the anode off gas discharge path 35 and discharges the hydrogen-containing gas flowing through the hydrogen reflux path 34 to the diluter 50. A detailed procedure of purge control for opening and closing the purge valve 351 at an appropriate timing will be described in detail later.

また、この水素還流路34には、アノード流路13から気体成分とともに排出された発電による生成水を貯留するキャッチタンク37が設けられている。このキャッチタンク37と希釈器50とは、生成水排出路36で接続されている。生成水排出路36には、キャッチタンク37に貯留された生成水を希釈器50に排出するドレイン弁361が設けられている。なお、このドレイン弁361を適切なタイミングで開閉するドレイン制御の詳細な手順については、後に詳述する。   The hydrogen recirculation path 34 is provided with a catch tank 37 for storing water generated by power generation discharged from the anode flow path 13 together with the gas component. The catch tank 37 and the diluter 50 are connected by a generated water discharge path 36. The generated water discharge path 36 is provided with a drain valve 361 that discharges the generated water stored in the catch tank 37 to the diluter 50. A detailed procedure of drain control for opening and closing the drain valve 361 at an appropriate timing will be described in detail later.

希釈器50は、エア排出路23を介して導入されたエアを希釈エアとして、スタック10からアノードオフガス排出路35や生成水排出路36を介して排出された含水素ガスを希釈する。より具体的には、希釈器50は、パージ弁351やドレイン弁361を開くことでアノードオフガス排出路35や生成水排出路36を介して窒素や生成水とともに排出された含水素ガスを滞留内に導入するとともに、この滞留室内のガスを、エア排出路23から逐次導入される希釈エアで徐々に希釈しながらシステム外に放出する。   The diluter 50 dilutes the hydrogen-containing gas discharged from the stack 10 via the anode off-gas discharge path 35 and the generated water discharge path 36 using the air introduced through the air discharge path 23 as dilution air. More specifically, the diluter 50 opens the purge valve 351 and the drain valve 361 to retain the hydrogen-containing gas discharged together with nitrogen and generated water through the anode off-gas discharge path 35 and the generated water discharge path 36. In addition, the gas in the staying chamber is discharged to the outside of the system while being gradually diluted with dilution air sequentially introduced from the air discharge passage 23.

本実施形態では、水素供給路33、水素還流路34、アノードオフガス排出路35、および生成水排出路36により、スタック10のアノード流路13に供給されるガスおよびアノード流路13から排出されるガスが流通するアノード系が構成される。また、エア供給路22、およびエア排出路23により、スタック10のカソード流路14に供給されるガスおよびカソード流路14から排出されるガスが流通するカソード系が構成される。図1では、アノード系を白抜きの矢印で示し、カソード系を実線の矢印で示す。   In the present embodiment, the gas supplied to the anode flow path 13 of the stack 10 and the anode flow path 13 are discharged from the hydrogen supply path 33, the hydrogen reflux path 34, the anode off-gas discharge path 35, and the generated water discharge path 36. An anode system through which gas flows is configured. Further, the air supply path 22 and the air discharge path 23 constitute a cathode system through which the gas supplied to the cathode flow path 14 of the stack 10 and the gas discharged from the cathode flow path 14 circulate. In FIG. 1, the anode system is indicated by a white arrow, and the cathode system is indicated by a solid arrow.

また、スタック10は、電流制御器15を介して、高圧バッテリ16およびモータ17に接続されている。高圧バッテリ16は、スタック10で発電された電力を貯めておき、スタック10の始動時などにおいて適宜利用する。この高圧バッテリ16は、例えば、リチウムイオン電池等の二次電池やキャパシタにより構成される。電流制御器15は、DC/DCコンバータを含んで構成され、ECU40により決定された電流指令値に基づいて、スタック10から取り出される発電電流(以下、「FC電流」という)を制御する。モータ17は、スタック10で発電した電力や高圧バッテリ16の電力により、図示しない駆動輪を回転する。   The stack 10 is connected to the high voltage battery 16 and the motor 17 via the current controller 15. The high voltage battery 16 stores the electric power generated by the stack 10 and uses it appropriately when the stack 10 is started. The high voltage battery 16 is configured by a secondary battery such as a lithium ion battery or a capacitor, for example. The current controller 15 includes a DC / DC converter, and controls a generated current (hereinafter referred to as “FC current”) taken from the stack 10 based on a current command value determined by the ECU 40. The motor 17 rotates drive wheels (not shown) by the power generated by the stack 10 and the power of the high voltage battery 16.

以上のように構成された燃料電池システム1において、スタック10へのエアの供給量を制御するためのエアポンプ21、アノード系内のガスを希釈器50に導入するためのパージ弁351、キャッチタンク37内の生成水を希釈器50に導入するためのドレイン弁361、並びにFC電流を制御するための電流制御器15は、ECU40により制御される。   In the fuel cell system 1 configured as described above, the air pump 21 for controlling the amount of air supplied to the stack 10, the purge valve 351 for introducing the gas in the anode system to the diluter 50, and the catch tank 37. The drain valve 361 for introducing the generated water into the diluter 50 and the current controller 15 for controlling the FC current are controlled by the ECU 40.

次に、ECUによる燃料電池システムのパージ制御、ドレイン制御、およびアイドル停止制御の具体的な手順について、図2〜図10を参照して説明する。   Next, specific procedures of the purge control, drain control, and idle stop control of the fuel cell system by the ECU will be described with reference to FIGS.

図2は、パージ制御の手順の一例を示すタイムチャートである。より具体的には、スタックの通常発電時におけるパージ制御の一例を示すタイムチャートである。ここで、スタックの通常発電とは、スタックで発電した電力を利用してモータを駆動し走行するべく、FC電流を運転者による加減速の要求に応じて制御している状態をいう。   FIG. 2 is a time chart showing an example of the procedure of purge control. More specifically, it is a time chart showing an example of purge control during normal power generation of the stack. Here, the normal power generation of the stack refers to a state in which the FC current is controlled according to the driver's request for acceleration / deceleration in order to drive and drive the motor using the power generated by the stack.

スタックが通常発電の状態にある間、図2に示すように、スタックへのエアの供給量は、運転者による加減速の要求に応じて増減し、またこのスタックへのエアの供給量の増減に合わせてFC電流も増減する。なお、このように運転者の要求に応じてエアの供給量が増減しひいてはFC電流が増減する通常発電中において、燃料電池車両が一旦停止するなどによりエアの供給量が最小となった状態を、後述のアイドル停止の状態と区別するため、アイドル発電の状態という。   While the stack is in the normal power generation state, as shown in FIG. 2, the air supply amount to the stack increases and decreases according to the acceleration / deceleration request by the driver, and the air supply amount to the stack increases and decreases. The FC current also increases or decreases in accordance with. It should be noted that the air supply amount is increased or decreased according to the driver's request, and the FC supply current is increased or decreased during normal power generation. Thus, the fuel supply amount is reduced to a minimum due to a temporary stop of the fuel cell vehicle. In order to distinguish from an idle stop state, which will be described later, this is referred to as an idle power generation state.

ECUは、スタックが通常発電にある間、パージ弁の開弁が許可されているか否かを判定するとともにパージ弁の開弁が要求されているか否かを判定し、パージ弁の開弁が許可されかつ要求されている時に限り、所定の開弁時間にわたってパージ弁を開弁する。以下、パージ弁の開弁の許可判定、パージ弁の開弁の要求判定の具体的な手順について説明する。   The ECU determines whether opening of the purge valve is permitted while the stack is in normal power generation, determines whether opening of the purge valve is required, and permits opening of the purge valve. Only when required and required, the purge valve is opened for a predetermined valve opening time. A specific procedure for determining whether to open the purge valve and determining whether to open the purge valve will be described below.

例えば、図2中の時刻t1〜t2に示すように、パージ弁を開くとアノード系内に残留した窒素とともに水素ガスも希釈器内に導入されるので、希釈器内の水素濃度が一時的に高くなる。その後、パージ弁を閉じると希釈器内に新たに導入された希釈エアにより、希釈器内の水素濃度は徐々に低下する。ここで、システム外へ水素濃度の高いガスが排出されないようにするため、希釈器内の水素濃度に対し、その性能に応じた目標値が設定される。   For example, as shown at times t1 to t2 in FIG. 2, when the purge valve is opened, hydrogen gas is introduced into the diluter together with nitrogen remaining in the anode system, so that the hydrogen concentration in the diluter temporarily changes. Get higher. Thereafter, when the purge valve is closed, the hydrogen concentration in the diluter gradually decreases due to the dilution air newly introduced into the diluter. Here, in order to prevent the gas having a high hydrogen concentration from being discharged outside the system, a target value corresponding to the performance is set for the hydrogen concentration in the diluter.

ECUは、パージ弁を開いても希釈器内の水素濃度が上記目標値を大きく上回らないと判定できる場合にパージ弁の開弁を許可する。より具体的には、ECUは、パージ弁を閉じてから希釈器内に新たに導入された希釈エアの積算量に相当する希釈エア導入量を算出し、この希釈エア導入量が予め定められた希釈エア必要量未満である場合には希釈器内の水素が未だ十分に希釈されていないと判定してパージ弁の開弁を禁止し、希釈エア導入量が希釈エア必要量以上である場合にパージ弁の開弁を許可する(図2中、時刻t3、t5、t8参照)。なお、この希釈エア導入量は、例えば、希釈器に供給されるエアの量に略比例したFC電流値を積算することにより算出される。   The ECU permits the opening of the purge valve when it can be determined that the hydrogen concentration in the diluter does not greatly exceed the target value even when the purge valve is opened. More specifically, the ECU calculates a dilution air introduction amount corresponding to the integrated amount of dilution air newly introduced into the diluter after closing the purge valve, and this dilution air introduction amount is predetermined. If the dilution air is less than the required amount, it is determined that the hydrogen in the diluter has not yet been sufficiently diluted and the purge valve is prohibited from opening. The purge valve is allowed to open (see times t3, t5, and t8 in FIG. 2). The dilution air introduction amount is calculated, for example, by integrating the FC current value that is approximately proportional to the amount of air supplied to the diluter.

またECUは、アノード系内の窒素濃度がある程度高くなったと判定できる場合に、パージ弁の開弁を要求する。より具体的には、ECUは、パージ弁を閉じてから経過した時間に相当するパージインターバルカウンタを計数するとともに、このパージインターバルカウンタが所定のパージインターバル閾値未満である場合にはパージ弁を開く必要がないと判定し、パージインターバルカウンタがパージインターバル閾値以上である場合にパージ弁を開く必要があると判定する。なお、パージ弁の開弁の要求を判定するためのパージインターバル閾値は、FC電流値が大きくなるほど小さくなるように、所定のマップにより設定される(後述の図7中の破線を参照)。   The ECU requests opening of the purge valve when it can be determined that the nitrogen concentration in the anode system has increased to some extent. More specifically, the ECU counts a purge interval counter corresponding to the time elapsed since the purge valve was closed, and needs to open the purge valve when the purge interval counter is less than a predetermined purge interval threshold. If the purge interval counter is greater than or equal to the purge interval threshold, it is determined that the purge valve needs to be opened. Note that the purge interval threshold value for determining the request to open the purge valve is set by a predetermined map so as to decrease as the FC current value increases (see a broken line in FIG. 7 described later).

ECUは、以上のようにしてパージ弁の開弁許可と開弁要求とを判定し、パージ弁の開弁が許可されかつ要求されたとき(図2中の時刻t1、t3、t6およびt9参照)にパージ弁を所定の開弁時間にわたり開く。なお、このパージ弁の開弁時間(図2中の時刻t1〜t2、t3〜t4およびt6〜t7参照)は、FC電流値が大きくなるほど長くなるように、所定のマップにより設定される(後述の図8中の破線を参照)。   The ECU determines whether to open the purge valve and whether to open the purge valve as described above. When the opening of the purge valve is permitted and requested (see times t1, t3, t6, and t9 in FIG. 2). ) To open the purge valve for a predetermined opening time. The purge valve opening time (see times t1 to t2, t3 to t4 and t6 to t7 in FIG. 2) is set by a predetermined map so as to increase as the FC current value increases (described later). (See the broken line in FIG. 8).

以上、図2を参照して、スタックの通常発電時におけるパージ制御について説明したが、ドレイン制御も同様の手順で行われるので、詳細な説明を省略する。すなわち、ドレイン弁を開いたときも生成水とともに水素ガスも希釈器内に導入されることから、希釈器内の水素濃度が上記目標値を大きく上回らないように、パージ制御と同様にドレイン弁の開弁が許可されかつ要求されたときにドレイン弁を所定の開弁時間にわたり開く。   As described above, the purge control during normal power generation of the stack has been described with reference to FIG. 2, but since the drain control is performed in the same procedure, the detailed description is omitted. That is, when the drain valve is opened, hydrogen gas is also introduced into the diluter together with the produced water, so that the hydrogen concentration in the diluter does not greatly exceed the target value as in the purge control. When the opening is permitted and requested, the drain valve is opened for a predetermined opening time.

図3は、ECUによる燃料電池システムのアイドル停止制御の手順の一例を示すタイムチャートである。より具体的には、燃料電池車両が走行中にある状態から、時刻t0において例えば信号待ちなどにより一旦停止した後、時刻t2において運転者による加速要求に応じて再び走行を開始するまでの間におけるFC電流値およびエア供給量などの変化を示すタイムチャートである。   FIG. 3 is a time chart showing an example of a procedure of idle stop control of the fuel cell system by the ECU. More specifically, from a state in which the fuel cell vehicle is running to a time after stopping at time t0, for example, by waiting for a signal, and the like, until starting driving again at time t2 in response to a driver's acceleration request. It is a time chart which shows changes, such as FC electric current value and air supply amount.

車両が一旦停止し、これに応じてスタックへのエアおよび水素ガスの供給量が低減されることによりスタックが上述のアイドル発電の状態になった後(時刻t0参照)、ECUは、所定のアイドル停止開始条件が満たされたことに応じて、スタックをアイドル発電の状態からアイドル停止の状態にする(時刻t1参照)。より具体的には、スタックへエアの供給量に比例したエアポンプの回転数とFC電流とを共に0よりも大きな範囲内でアイドル発電時よりも低減することによりスタックをアイドル停止の状態にする。その後、ECUは、所定のアイドル停止解除条件が満たされたことに応じて、エアポンプの回転数を要求に応じて上昇させる(時刻t2参照)。   After the vehicle is temporarily stopped and the supply amount of air and hydrogen gas to the stack is reduced accordingly, the stack enters the above-described idle power generation state (see time t0), and then the ECU In response to the stop start condition being satisfied, the stack is changed from the idle power generation state to the idle stop state (see time t1). More specifically, the stack is brought into an idling stop state by reducing both the rotational speed of the air pump and the FC current in proportion to the amount of air supplied to the stack within a range larger than 0 than during idle power generation. Thereafter, the ECU increases the rotational speed of the air pump as required in response to the predetermined idle stop cancellation condition being satisfied (see time t2).

ここで、アイドル停止開始条件としては、例えば、希釈器内に所定の量の希釈エアが導入されたことが挙げられるが、これに限らない。また、アイドル停止解除条件としては、例えば、運転者による加速要求が生じたことや、セル電圧が所定のアイドル停止解除閾値(後述の図8参照)を下回ることなどが挙げられるが、これに限らない。また、上述のように、セル電圧が過剰に低い状態で発電を継続するとスタックが劣化するおそれがある。そこで、アイドル停止中にスタックが劣化してしまうのを抑制するため、上記アイドル停止の解除を判定するためのアイドル停止解除閾値は、これよりもセル電圧が低下するとスタックの劣化が進行するおそれがあると考えられる程度の値に設定される。   Here, the idle stop start condition is, for example, that a predetermined amount of dilution air is introduced into the diluter, but is not limited thereto. Examples of the idle stop cancellation condition include, but are not limited to, an acceleration request by the driver and a cell voltage falling below a predetermined idle stop cancellation threshold (see FIG. 8 described later). Absent. Further, as described above, if power generation is continued in a state where the cell voltage is excessively low, the stack may be deteriorated. Therefore, in order to suppress the deterioration of the stack during the idle stop, the idle stop release threshold for determining the release of the idle stop is set such that the deterioration of the stack may progress if the cell voltage is lower than this. It is set to a value that is considered to be present.

また、モータを駆動する必要のないアイドル発電中およびアイドル停止中にスタックから取り出した発電電流は、例えば、高圧バッテリに供給されるか、エアポンプに供給されるか、又はこれらの負荷とは別に設けられたディスチャージ抵抗に供給される。   In addition, the generated current extracted from the stack during idle power generation and idling stop without driving the motor is supplied to, for example, a high voltage battery, supplied to an air pump, or provided separately from these loads. Supplied to the discharge resistor.

図4は、アイドル停止継続時間とアノード系内の窒素濃度との関係を示す図である。
図5は、アイドル停止継続時間とアノード系内の生成水の量との関係を示す図である。なお、これら図4および図5において、アイドル停止継続時間とは、パージ弁およびドレイン弁ともに開かずにアイドル停止の状態を継続した時間を示す。
FIG. 4 is a diagram showing the relationship between the idle stop duration and the nitrogen concentration in the anode system.
FIG. 5 is a diagram showing the relationship between the idle stop duration and the amount of produced water in the anode system. 4 and 5, the idle stop duration indicates the time during which the idle stop state is continued without opening the purge valve and the drain valve.

図4に示すように、カソード極側からアノード極側へのクロスオーバにより、アイドル停止継続時間が長くなるほど、アノード系内の窒素濃度は増加する。また、アイドル停止中に、アノード系内の窒素濃度が図4中破線で示すような閾値を超えると、セル電圧が低下し始める。なお、アノード系内の窒素濃度が高くなるとカソード側の窒素分圧とアノード側の窒素分圧との差が小さくなるので、アイドル停止継続時間が長くなるほど窒素濃度の増加は緩やかになる。   As shown in FIG. 4, the nitrogen concentration in the anode system increases as the idle stop duration time becomes longer due to the crossover from the cathode side to the anode side. Further, when the nitrogen concentration in the anode system exceeds a threshold value as indicated by a broken line in FIG. 4 during idling stop, the cell voltage starts to decrease. As the nitrogen concentration in the anode system becomes higher, the difference between the nitrogen partial pressure on the cathode side and the nitrogen partial pressure on the anode side becomes smaller. Therefore, the increase in the nitrogen concentration becomes slower as the idle stop duration becomes longer.

また、上述のようにアイドル停止中は、僅かながらもエアを供給しスタックによる発電を継続するため、生成水の量も増加する。このため、図5に示すように、アイドル停止中のFC電流値を一定とした場合、生成水の量はアイドル停止継続時間に比例して一定の割合で増加する。また、アイドル停止中に、アノード系内の生成水の量が図5中破線で示すような閾値を超えると、セル電圧が低下し始める。   In addition, as described above, during idle stop, air is supplied slightly to continue the power generation by the stack, so the amount of generated water also increases. For this reason, as shown in FIG. 5, when the FC current value during idling stop is made constant, the amount of generated water increases in proportion to the idling stop duration. In addition, when the amount of generated water in the anode system exceeds a threshold value as indicated by a broken line in FIG. 5 during idle stop, the cell voltage starts to decrease.

以上のように、アイドル停止中にパージ弁およびドレイン弁を開かなかった場合、アノード系内の窒素濃度および生成水の量ともに増加し、セル電圧が低下してしまう。そこで本実施形態では、アイドル停止の状態を長時間にわたって維持するべく、アイドル停止中は、図2を参照して説明した通常発電時(アイドル発電時を含む)における手順とは異なる手順にてパージ制御およびドレイン制御を実行する。以下、アイドル停止時におけるパージ制御およびドレイン制御の手順を具体的に説明する。   As described above, when the purge valve and the drain valve are not opened during idling stop, both the nitrogen concentration in the anode system and the amount of generated water increase, and the cell voltage decreases. Therefore, in the present embodiment, in order to maintain the idle stop state for a long time, during the idle stop, purging is performed by a procedure different from the procedure at the time of normal power generation (including idle power generation) described with reference to FIG. Perform control and drain control. Hereinafter, the procedure of purge control and drain control during idle stop will be specifically described.

図6は、アイドル停止中におけるパージ制御の手順を示すフローチャートである。図6に示す処理は、アイドル停止にすることが要求されている状態であることを示すアイドル停止フラグが“1”にセットされている間、ECUにより所定の制御周期ごとに繰り返し実行される。なお、このアイドル停止フラグは、図示しない処理により、上述のアイドル停止開始条件が満たされたことに応じて“0”から“1”にセットされ、その後、上述のアイドル停止解除条件が満たされたことに応じて“1”から“0”にリセットされる。   FIG. 6 is a flowchart showing the procedure of purge control during idle stop. The process shown in FIG. 6 is repeatedly executed by the ECU every predetermined control period while the idle stop flag indicating that the idle stop is requested is set to “1”. This idle stop flag is set from “0” to “1” in response to the above-described idle stop start condition being satisfied by a process (not shown), and then the above-described idle stop cancellation condition is satisfied. Accordingly, “1” is reset to “0”.

S1では、FC電流値に基づいて所定のマップを検索することにより、パージ弁を閉じてから開くまでの時間(以下、「パージインターバル」という)に相当するパージインターバル閾値を設定し、S2に移る。
図7は、アイドル停止中におけるパージインターバル閾値を設定するマップの一例を示す図である。なお図7には、比較のため通常発電時におけるパージインターバル閾値を設定するマップの一例を破線で示す。図7に示すように、FC電流値が大きくなるに従い、パージインターバル閾値は小さな値に設定される。また、アイドル停止中は、上述のようにエアの供給量をアイドル発電時よりもさらに少なくすることから、アイドル発電時と比較してパージインターバル閾値を大きな値に設定する。
In S1, by searching a predetermined map based on the FC current value, a purge interval threshold value corresponding to a time from closing the purge valve to opening (hereinafter referred to as “purge interval”) is set, and the process proceeds to S2. .
FIG. 7 is a diagram illustrating an example of a map for setting a purge interval threshold value during idling stop. In FIG. 7, an example of a map for setting the purge interval threshold value during normal power generation is shown by a broken line for comparison. As shown in FIG. 7, as the FC current value increases, the purge interval threshold is set to a smaller value. Further, during idling stop, the air supply amount is further reduced as compared with idling power generation as described above, so the purge interval threshold value is set to a larger value compared to idling power generation.

図6に戻って、S2では、パージインターバルカウンタがパージインターバル閾値以上であるか否か、すなわち前回パージ弁を閉じてから上記S1で設定したパージインターバル閾値に相当する時間が経過したか否かを判別する。この判別がNOの場合には、パージ弁を開く必要はないと判定し、この処理を終了する。   Returning to FIG. 6, in S2, whether or not the purge interval counter is equal to or greater than the purge interval threshold, that is, whether or not the time corresponding to the purge interval threshold set in S1 has elapsed since the previous purge valve was closed. Determine. If this determination is NO, it is determined that it is not necessary to open the purge valve, and this process is terminated.

S2の判別がYESである場合には、パージ弁を開く必要があると判定し、S3に移る。S3では、FC電流値に基づいて所定のマップを検索することにより、パージ弁の開弁時間を設定し、S4に移る。
図8は、アイドル停止中におけるパージ弁の開弁時間を設定するマップの一例を示す図である。なお図8には、比較のため通常発電時におけるパージ弁の開弁時間を設定するマップの一例を破線で示す。図8に示すように、FC電流値が大きくなるに従い、パージ弁の開弁時間は長くなるように設定される。また、アイドル停止中は、上述のようにエアの供給量をアイドル発電時よりもさらに少なくすることから、アイドル停止中における開弁時間は、アイドル発電中における開弁時間よりも短く設定される。
If the determination in S2 is YES, it is determined that the purge valve needs to be opened, and the process proceeds to S3. In S3, by searching a predetermined map based on the FC current value, the purge valve opening time is set, and the process proceeds to S4.
FIG. 8 is a diagram showing an example of a map for setting the valve opening time of the purge valve during idling stop. In FIG. 8, an example of a map for setting the opening time of the purge valve during normal power generation is shown by a broken line for comparison. As shown in FIG. 8, the purge valve opening time is set longer as the FC current value increases. Further, during idle stop, as described above, the amount of air supply is further reduced compared to during idle power generation, so that the valve opening time during idle stop is set shorter than the valve opening time during idle power generation.

S4では、上記S3で設定された開弁時間にわたってパージ弁を開き、S5では、パージインターバルカウンタを“0”にリセットした後、この処理を終了する。   In S4, the purge valve is opened over the valve opening time set in S3. In S5, the purge interval counter is reset to “0”, and then this process is terminated.

図9は、アイドル停止中におけるドレイン制御の手順を示すフローチャートである。図9に示す処理は、図6を参照して説明したアイドル停止中におけるパージ制御と同様に、アイドル停止フラグが“1”にセットされている間、ECUにより所定の制御周期ごとに繰り返し実行される。   FIG. 9 is a flowchart showing a drain control procedure during idle stop. The process shown in FIG. 9 is repeatedly executed by the ECU every predetermined control period while the idle stop flag is set to “1”, similarly to the purge control during the idle stop described with reference to FIG. The

S11では、FC電流値に基づいて所定のマップを検索することにより、ドレイン弁を閉じてから開くまでの時間(以下、「ドレインインターバル」という)に相当するドレインインターバル閾値を設定し、S12に移る。このドレインインターバル閾値は、図7を参照して説明したパージインターバル閾値と同様に、FC電流値が大きくなるに従い小さな値に設定される。また、アイドル停止中は、上述のようにエアの供給量をアイドル発電時よりもさらに少なくすることから、アイドル発電時と比較してドレインインターバル閾値を大きな値に設定する。   In S11, by searching a predetermined map based on the FC current value, a drain interval threshold value corresponding to the time from when the drain valve is closed until it is opened (hereinafter referred to as “drain interval”) is set, and the process proceeds to S12. . This drain interval threshold value is set to a smaller value as the FC current value increases, similarly to the purge interval threshold value described with reference to FIG. In addition, during idle stop, the air supply amount is further reduced as compared with that during idle power generation as described above, so the drain interval threshold is set to a larger value than during idle power generation.

S12では、ドレインインターバルカウンタがドレインインターバル閾値以上であるか否か、すなわち前回ドレイン弁を閉じてからドレインインターバル閾値に相当する時間が経過したか否かを判別する。この判別がNOの場合には、ドレイン弁を開く必要はないと判定し、この処理を終了する。   In S12, it is determined whether or not the drain interval counter is equal to or greater than the drain interval threshold, that is, whether or not a time corresponding to the drain interval threshold has elapsed since the drain valve was closed last time. If this determination is NO, it is determined that it is not necessary to open the drain valve, and this process is terminated.

S12の判別がYESである場合には、ドレイン弁を開く必要があると判定し、S13に移る。S13では、FC電流値に基づいて所定のマップを検索することにより、ドレイン弁の開弁時間を設定し、S14に移る。このドレイン弁の開弁時間は、図8を参照して説明したドレイン弁の開弁時間と同様に、FC電流値が大きくなるに従い長くなるように設定される。また、アイドル停止中は、上述のようにエアの供給量をアイドル発電時よりもさらに少なくすることから、アイドル停止中における開弁時間は、アイドル発電中における開弁時間よりも短く設定される。
S14では、上記S13で設定された開弁時間にわたってドレイン弁を開き、S15では、ドレインインターバルカウンタを“0”にリセットした後、この処理を終了する。
If the determination in S12 is YES, it is determined that the drain valve needs to be opened, and the process proceeds to S13. In S13, by searching a predetermined map based on the FC current value, the valve opening time of the drain valve is set, and the process proceeds to S14. The drain valve opening time is set to become longer as the FC current value increases, similarly to the drain valve opening time described with reference to FIG. Further, during idle stop, as described above, the amount of air supply is further reduced compared to during idle power generation, so that the valve opening time during idle stop is set shorter than the valve opening time during idle power generation.
In S14, the drain valve is opened over the valve opening time set in S13. In S15, the drain interval counter is reset to “0”, and then this process is terminated.

図10は、アイドル停止中におけるパージ弁、ドレイン弁、およびスタックの発電安定性の指標となるセル電圧の変化を示すタイムチャートである。また図10には、時刻t0において車両が一旦停止しスタックがアイドル発電の状態になってから、時刻t1以降スタックをアイドル停止の状態にした場合を示す。なお、図10には、本実施形態と異なり、アイドル停止中にパージ弁およびドレイン弁を開かなかった場合におけるセル電圧の変化を、比較のため破線で示す。   FIG. 10 is a time chart showing changes in the cell voltage serving as an index of power generation stability of the purge valve, the drain valve, and the stack during idle stop. FIG. 10 shows a case where the stack is placed in the idle stop state after time t1 after the vehicle is temporarily stopped at time t0 and the stack is in the idle power generation state. In FIG. 10, unlike the present embodiment, the change in the cell voltage when the purge valve and the drain valve are not opened during the idling stop is shown by a broken line for comparison.

先ず、時刻t0には、車両が一旦停止することにより、スタックはアイドル発電の状態となる。図10には、アイドル発電時におけるエアの供給量をR1とし、FC電流値をI1として示す。また、アイドル発電中は、図2を参照して説明した手順により、パージ制御およびドレイン制御が実行される。図10には、時刻t0〜t1の間のアイドル発電時におけるパージインターバルおよびドレインインターバルをそれぞれPI1,DI1と示し、パージ弁およびドレイン弁の開弁時間をそれぞれPO1,DO1と示す。   First, at time t0, the vehicle is temporarily stopped, so that the stack is in an idle power generation state. In FIG. 10, the amount of air supplied during idle power generation is indicated as R1, and the FC current value is indicated as I1. Further, during idle power generation, purge control and drain control are executed according to the procedure described with reference to FIG. In FIG. 10, the purge interval and drain interval during idle power generation between times t0 and t1 are indicated as PI1 and DI1, respectively, and the opening times of the purge valve and drain valve are indicated as PO1 and DO1, respectively.

次に、時刻t1において所定のアイドル停止開始条件が満たされたことに応じて、エアの供給量をアイドル発電時より低下させる(R1→R2)。このとき、エアの供給量と併せてFC電流値もアイドル発電時より低下させる(I1→I2)。これにより、時刻t1以降、スタックはアイドル停止の状態となる。   Next, in response to the fact that a predetermined idle stop start condition is satisfied at time t1, the air supply amount is reduced from that during idle power generation (R1 → R2). At this time, the FC current value is also reduced together with the air supply amount from the time of idle power generation (I1 → I2). Thereby, after time t1, the stack enters an idle stop state.

時刻t1においてスタックをアイドル停止の状態にした直後は、FC電流値を低下させたことによりセル電圧が一旦は上昇するものの、上述のようにアノード系内の窒素濃度および生成水の量が共に増加することにより、セル電圧は低下し始める(時刻t2参照)。   Immediately after the stack is placed in the idle stop state at time t1, the cell voltage once rises due to the decrease in the FC current value, but both the nitrogen concentration in the anode system and the amount of generated water increase as described above. As a result, the cell voltage starts to decrease (see time t2).

ここで、アイドル停止中にパージ弁およびドレイン弁を共に開かなかった場合、図10中、破線で示すように、セル電圧は徐々に低下しアイドル停止解除閾値を下回ってしまい(時刻t3参照)、アイドル停止の状態が解除される。   Here, when neither the purge valve nor the drain valve is opened during the idle stop, the cell voltage gradually decreases and falls below the idle stop release threshold (see time t3) as shown by the broken line in FIG. The idle stop state is released.

これに対し本実施形態では、アイドル停止中は、図6および図9のフローチャートを参照して説明した手順にてパージ弁およびドレイン弁を開く。すなわち、アイドル停止中は、エアの供給量を少なくすることから、アイドル停止中のパージ弁およびドレイン弁の開弁時間PO2,DO2をアイドル発電中の開弁時間PO1,DO1より短くし、さらにアイドル停止中のパージインターバルPI2およびドレインインターバルDI2をアイドル発電中のパージインターバルPI1およびドレインインターバルDI1より長くする。これにより、図10に示すように、セル電圧がアイドル停止解除閾値を下回るまで低下するのを防止し、長時間にわたりアイドル停止の状態を維持することができる。   On the other hand, in this embodiment, during idling stop, the purge valve and the drain valve are opened by the procedure described with reference to the flowcharts of FIGS. That is, during idle stop, the air supply amount is reduced. Therefore, the purge valve and drain valve opening times PO2 and DO2 during idle stop are made shorter than the valve opening times PO1 and DO1 during idle power generation. The purge interval PI2 and drain interval DI2 being stopped are set longer than the purge interval PI1 and drain interval DI1 during idle power generation. As a result, as shown in FIG. 10, it is possible to prevent the cell voltage from decreasing until it falls below the idle stop cancellation threshold, and to maintain the idle stop state for a long time.

本実施形態によれば、以下のような効果がある。
(1)本実施形態では、アイドル停止中であっても、パージ弁やドレイン弁を所定の開弁時間にわたって開き、窒素や生成水とともに排出された水素ガスを希釈エアにより希釈する。これによりセル電圧の低下を抑制し、アイドル停止の状態を長時間にわたって維持することができる。本実施形態では、アイドル停止中におけるパージ弁およびドレイン弁の開弁時間をアイドル発電中よりも短くすることにより、希釈能力を上回る量の水素ガスが希釈器に導入されないようにする。したがって、本実施形態によれば、アイドル停止の状態を長く維持しながら、燃料ガスを十分に希釈することもできる。
According to this embodiment, there are the following effects.
(1) In this embodiment, even during idling stop, the purge valve and the drain valve are opened for a predetermined valve opening time, and the hydrogen gas discharged together with nitrogen and generated water is diluted with dilution air. As a result, a decrease in the cell voltage can be suppressed, and the idle stop state can be maintained for a long time. In this embodiment, the opening time of the purge valve and the drain valve during idle stop is made shorter than during idle power generation, so that an amount of hydrogen gas exceeding the dilution capacity is not introduced into the diluter. Therefore, according to the present embodiment, the fuel gas can be sufficiently diluted while maintaining the idling stop state for a long time.

(2)本実施形態では、アイドル停止中におけるパージインターバルやドレインインターバルをアイドル発電中よりも長くすることにより、前回パージ弁やドレイン弁を閉じてから今回再び開くまでの間に十分な量の希釈エアを希釈器に導入することができる。   (2) In this embodiment, by setting the purge interval and drain interval during idle stop longer than during idle power generation, a sufficient amount of dilution can be performed between the previous purge valve and drain valve closing and the current opening again Air can be introduced into the diluter.

(3)本実施形態では、パージ弁を閉じてから上記パージインターバル閾値に相当する時間が経過した場合にパージ弁を開くことにより、又はドレイン弁を閉じてから上記ドレインインターバル閾値に相当する時間が経過した場合にドレイン弁を開くことにより、エアを低流量で供給するアイドル停止中であっても、希釈器に十分な量の希釈エアが導入されたと判定できる適切なタイミングでこれら弁を開くことができる。   (3) In this embodiment, when the time corresponding to the purge interval threshold elapses after the purge valve is closed, the time corresponding to the drain interval threshold is opened by opening the purge valve or after closing the drain valve. Open the drain valves when they have passed, so that they can be opened at an appropriate timing that can determine that a sufficient amount of dilution air has been introduced into the diluter even during idle stop when supplying air at a low flow rate. Can do.

(4)本実施形態では、アイドル停止中のパージ弁やドレイン弁の開弁時間をアイドル停止中のFC電流値に基づいて設定する。これにより、アイドル停止中におけるパージ弁やドレイン弁の開弁時間を、希釈器による希釈能力に応じて適切に設定することができる。   (4) In this embodiment, the valve opening time of the purge valve or drain valve during idle stop is set based on the FC current value during idle stop. Thereby, the valve opening time of the purge valve or the drain valve during the idle stop can be appropriately set according to the dilution ability by the diluter.

(5)本実施形態では、パージ弁を上述のような適切な開弁時間およびパージインターバルで開閉することにより、窒素濃度の上昇を起因としたセル電圧の低下を抑制し、アイドル停止の状態を長く維持することができる。また、レイン弁を上述のような適切な開弁時間およびドレインインターバルで開閉することにより、フラッディングの発生を起因としたセル電圧の低下を抑制し、アイドル停止の状態を長く維持することができる。   (5) In this embodiment, by opening and closing the purge valve at the appropriate valve opening time and purge interval as described above, the cell voltage drop caused by the increase in nitrogen concentration is suppressed, and the idle stop state is set. Can be maintained for a long time. In addition, by opening and closing the rain valve at the appropriate valve opening time and drain interval as described above, it is possible to suppress a decrease in cell voltage due to the occurrence of flooding and to maintain the idle stop state for a long time.

なお、上記実施形態では、パージ弁を閉じてからパージインターバル閾値に相当する時間が経過したことを条件とし、アイドル停止中に本条件が満たされた場合にはアノード系内の窒素を排出する必要があると判定し、パージ弁を開いたが、パージ弁を開く条件はこれに限らない。この他、FC電流の積算値が所定値以上となったことを条件としてパージ弁を開いてもよいし、上記2つの条件の両方が満たされた場合にパージ弁を開いてもよい。
また、上記実施形態では、ドレイン弁を閉じてからドレインインターバル閾値に相当する時間が経過したことを条件とし、アイドル停止中に本条件が満たされた場合にアノード系内の生成水を排出する必要があると判定し、ドレイン弁を開いたが、ドレイン弁を開く条件はこれに限らない。上記パージ弁の開弁条件と同様に、FC電流の積算値が所定値以上となったことを条件としてドレイン弁を開いてもよいし、上記2つの条件の両方が満たされた場合にドレイン弁を開いてもよい。
In the above-described embodiment, it is necessary that the time corresponding to the purge interval threshold has elapsed since the purge valve was closed, and when this condition is satisfied during idling stop, it is necessary to discharge nitrogen in the anode system. The purge valve is opened, but the condition for opening the purge valve is not limited to this. In addition, the purge valve may be opened on condition that the integrated value of the FC current is equal to or greater than a predetermined value, or the purge valve may be opened when both of the two conditions are satisfied.
Further, in the above embodiment, it is necessary to discharge the generated water in the anode system when the time corresponding to the drain interval threshold has elapsed since the drain valve was closed and this condition is satisfied during idling stop. The drain valve is opened, but the condition for opening the drain valve is not limited to this. As with the purge valve opening condition, the drain valve may be opened on the condition that the integrated value of the FC current is equal to or greater than a predetermined value, or when both of the above two conditions are satisfied. May be opened.

<第2実施形態>
次に、本発明の第2実施形態を、図面を参照して説明する。なお、以下の説明において、第1実施形態と同じ構成については同じ符号を付し、その説明を省略する。
Second Embodiment
Next, a second embodiment of the present invention will be described with reference to the drawings. In the following description, the same components as those in the first embodiment are denoted by the same reference numerals, and the description thereof is omitted.

図11は、本実施形態に係るECUによる燃料電池システムのアイドル停止制御の手順の一例を示すタイムチャートである。本実施形態は、アイドル停止フラグを更新する条件、すなわちアイドル停止開始条件およびアイドル停止解除条件と、アイドル停止中にはパージ弁およびドレイン弁を開かない点とが上記第1実施形態と異なる。   FIG. 11 is a time chart showing an example of a procedure of idle stop control of the fuel cell system by the ECU according to the present embodiment. The present embodiment is different from the first embodiment in the condition for updating the idle stop flag, that is, the idle stop start condition and the idle stop release condition, and the point that the purge valve and the drain valve are not opened during the idle stop.

本実施形態では、車両が一旦停止することによりスタックがアイドル発電の状態になった後、希釈器内に所定の量の希釈エアが導入されたことをアイドル停止開始条件として、このアイドル停止開始条件が満たされたことに応じて、スタックをアイドル発電の状態からアイドル停止の状態にする(時刻t1参照)。また、本実施形態では、アイドル停止解除後にパージ弁を開くことで排出された窒素の総量に相当する総パージ量が後述の要求総パージ量を上回ること又はアイドル停止解除後にドレイン弁を開くことで排出された生成水の総量に相当する総ドレイン量が後述の要求総ドレイン量を上回ることをアイドル停止開始条件とし、アイドル停止が解除された後であってもこのアイドル停止開始条件が満たされたことに応じて、スタックをアイドル発電の状態から再びアイドル停止の状態にする(時刻t3参照)。このように、アイドル停止解除後、再びアイドル停止の状態にする際、アイドル停止解除後の総パージ量が要求総パージ量を上回るか又は総ドレイン量が要求総ドレイン量を上回るまで、すなわち窒素および生成水が十分に排出されるまでアイドル発電を継続することにより、再びアイドル停止にした時におけるセル電圧の低下を緩やかにすることができるので、長時間にわたってアイドル停止の状態を維持することができる。   In the present embodiment, the idle stop start condition is that the idle stop start condition is that a predetermined amount of dilution air is introduced into the diluter after the stack is in an idle power generation state by temporarily stopping the vehicle. Is satisfied, the stack is changed from the idle power generation state to the idle stop state (see time t1). Further, in this embodiment, the total purge amount corresponding to the total amount of nitrogen exhausted by opening the purge valve after releasing the idle stop exceeds the required total purge amount described later, or the drain valve is opened after releasing the idle stop. The idle stop start condition is that the total drain amount corresponding to the total amount of discharged product water exceeds the required total drain amount described later, and this idle stop start condition is satisfied even after the idle stop is released. Accordingly, the stack is changed from the idle power generation state to the idle stop state again (see time t3). In this way, when the idle stop state is released again after the idle stop is released, until the total purge amount after the idle stop release exceeds the required total purge amount or the total drain amount exceeds the required total drain amount, that is, nitrogen and By continuing the idle power generation until the generated water is sufficiently discharged, it is possible to moderate the decrease in the cell voltage when the idle stop is performed again, so that the idle stop state can be maintained for a long time. .

本実施形態では、アイドル停止中に運転者による加速要求が生じたこと、アイドル停止中にセル電圧が所定の開弁閾値を下回ること、およびアイドル停止継続時間が所定の制限時間を超えたことをアイドル停止解除条件とし、アイドル停止中にこれらアイドル停止解除条件の何れかが満たされた場合にはアイドル停止を解除する(時刻t2、t4参照)。ここで、図12に示すように、セル電圧に対する開弁閾値は、上述のようにスタックの劣化を抑制するために設定されたアイドル停止解除閾値よりも大きな値に設定される。すなわち、アイドル停止中に加速要求が無かったとした場合、本実施形態では上記第1実施形態よりも早くアイドル停止が解除されることとなる。また、アイドル停止継続時間に対する上記制限時間は、アイドル停止中又はアイドル停止解除直後のスタックの安定性が確保できるように、テストにより予め定められる。このように、アイドル停止継続時間によってアイドル停止を解除することにより、例えば、アイドル停止中におけるスタックの発電安定性の低下がセル電圧の低下として表れないような場合であっても、適切なタイミングでアイドル停止を解除できるので、解除後次回のアイドル停止に入るまでの時間をできるだけ短くし、結果としてアイドル停止にする時間を長くできる。   In the present embodiment, it is confirmed that the driver has requested acceleration during idle stop, that the cell voltage has fallen below a predetermined valve opening threshold during idle stop, and that the idle stop duration has exceeded a predetermined time limit. As an idle stop cancellation condition, when any of these idle stop cancellation conditions is satisfied during idle stop, the idle stop is canceled (see times t2 and t4). Here, as shown in FIG. 12, the valve opening threshold for the cell voltage is set to a value larger than the idle stop cancellation threshold set to suppress the deterioration of the stack as described above. That is, if there is no acceleration request during idle stop, the idle stop is released earlier than in the first embodiment in the present embodiment. Further, the time limit for the idle stop duration time is determined in advance by a test so as to ensure the stability of the stack during the idle stop or immediately after the release of the idle stop. In this way, by releasing the idle stop according to the idle stop duration, for example, even when the decrease in the power generation stability of the stack during the idle stop does not appear as the decrease in the cell voltage, at an appropriate timing. Since the idle stop can be canceled, the time until the next idle stop after the cancellation can be shortened as much as possible, and as a result, the time for the idle stop can be lengthened.

アイドル停止フラグは、以上のようなアイドル停止開始条件が満たされた場合には“0”から“1”にセットされ、アイドル停止解除条件が満たされた場合には“1”から“0”にリセットされる。   The idle stop flag is set from “0” to “1” when the idle stop start condition as described above is satisfied, and from “1” to “0” when the idle stop release condition is satisfied. Reset.

図12は、パージ制御の手順を示すフローチャートである。図12に示す処理は、図示しないイグニッションスイッチがオンにされた後、ECUにより所定の制御周期ごとに繰り返し実行される。   FIG. 12 is a flowchart showing the procedure of purge control. The process shown in FIG. 12 is repeatedly executed by the ECU every predetermined control cycle after an ignition switch (not shown) is turned on.

S21では、アイドル停止フラグが“1”であるか否かを判別する。この判別がYESの場合、すなわち現在アイドル停止中である場合には、S22に移り、アイドル停止継続時間に基づいて所定のマップを検索することにより要求総パージ量を算出した後、パージ弁を開くことなくこの処理を終了する。
図13は、アイドル停止解除後の要求総パージ量を設定するマップの一例を示す図である。上述のように本実施形態ではアイドル停止中にパージ弁を開かないので、アイドル停止解除後のアノード系内の窒素濃度はアイドル停止継続時間に比例して増加する。このため、図13に示すように、要求総パージ量は、アイドル停止継続時間に比例して大きくなるように設定される。
In S21, it is determined whether or not the idle stop flag is “1”. If this determination is YES, that is, if idling is currently stopped, the process proceeds to S22, and after calculating the required total purge amount by searching a predetermined map based on the idling stop duration, the purge valve is opened. This process is finished without.
FIG. 13 is a diagram illustrating an example of a map for setting the requested total purge amount after the idle stop is released. As described above, in this embodiment, the purge valve is not opened during idling stop, so the nitrogen concentration in the anode system after the idling stop is released increases in proportion to the idling stop duration. Therefore, as shown in FIG. 13, the required total purge amount is set to increase in proportion to the idle stop duration time.

S21における判別がNOの場合、すなわち現在アイドル停止中でない場合には、S23に移り、アイドル停止が解除された直後であるか否かを判別する。この判別がYESであり現在アイドル停止が解除された直後である場合には、S25に移りパージ弁を所定時間にわたり開いた後、この処理を終了する。S23の判別がNOでありアイドル停止が解除された直後でない場合には、上記第1実施形態において図2を参照して説明した通常発電時におけるパージ制御と同様の手順によりパージ弁を制御するべく、S24に移る。   When the determination in S21 is NO, that is, when the idle stop is not currently being performed, the process proceeds to S23 to determine whether or not it is immediately after the idle stop is released. If this determination is YES and it is immediately after the current idle stop is released, the process proceeds to S25 and the purge valve is opened for a predetermined time, and then this process is terminated. If the determination in S23 is NO and not immediately after the idle stop is released, the purge valve should be controlled by the same procedure as the purge control during normal power generation described in the first embodiment with reference to FIG. , Go to S24.

S24では、パージ弁の開弁が許可されかつ要求されているか否かを判別する。なお、第1実施形態において図2を参照して説明したように、パージ弁の開弁が許可されているか否かは、希釈エア導入量と希釈エア必要量とを比較することで判別され、パージ弁の開弁が要求されているか否かは、パージインターバルカウンタとパージインターバル閾値とを比較することで判別される。   In S24, it is determined whether or not opening of the purge valve is permitted and requested. As described with reference to FIG. 2 in the first embodiment, whether or not opening of the purge valve is permitted is determined by comparing the dilution air introduction amount and the dilution air required amount, Whether or not opening of the purge valve is requested is determined by comparing the purge interval counter with the purge interval threshold value.

S24の判別がYESである場合には、S25に移り所定の開弁時間にわたってパージ弁を開弁した後にこの処理を終了し、NOである場合には、パージ弁を開弁することなくこの処理を終了する。   If the determination in S24 is YES, the process proceeds to S25 and the process is terminated after the purge valve is opened for a predetermined valve opening time. If the determination is NO, this process is performed without opening the purge valve. Exit.

図14は、ドレイン制御の手順を示すフローチャートである。図14に示す処理は、図示しないイグニッションスイッチがオンにされた後、ECUにより所定の制御周期ごとに繰り返し実行される。   FIG. 14 is a flowchart showing a drain control procedure. The process shown in FIG. 14 is repeatedly executed by the ECU every predetermined control cycle after an ignition switch (not shown) is turned on.

S31では、アイドル停止フラグが“1”であるか否かを判別する。この判別がYESの場合、すなわち現在アイドル停止中である場合には、S32に移り、アイドル停止継続時間に基づいて所定のマップを検索することにより要求総ドレイン量を算出した後、ドレイン弁を開くことなくこの処理を終了する。
図15は、アイドル停止解除後の要求総ドレイン量を設定するマップの一例を示す図である。上述のように本実施形態ではアイドル停止中にドレイン弁を開かないので、アイドル停止解除後のアノード系内の生成水の量はアイドル停止継続時間に比例して増加する。このため、図15に示すように、要求総ドレイン量は、アイドル停止継続時間に比例して大きくなるように設定される。
In S31, it is determined whether or not the idle stop flag is “1”. If this determination is YES, that is, if idling is currently stopped, the process proceeds to S32, and after calculating the required total drain amount by searching a predetermined map based on the idling stop duration, the drain valve is opened. This process is finished without.
FIG. 15 is a diagram illustrating an example of a map for setting the requested total drain amount after the idle stop is released. As described above, in this embodiment, the drain valve is not opened during idling stop, so that the amount of generated water in the anode system after the idling stop is released increases in proportion to the idling stop duration time. Therefore, as shown in FIG. 15, the required total drain amount is set to increase in proportion to the idle stop duration.

S31における判別がNOの場合、すなわち現在アイドル停止中でない場合には、S33に移り、アイドル停止が解除された直後であるか否かを判別する。この判別がYESであり現在アイドル停止が解除された直後である場合には、S35に移りパージ弁を所定時間にわたり開いた後、この処理を終了する。   When the determination in S31 is NO, that is, when the idle stop is not currently being performed, the process proceeds to S33, and it is determined whether or not it is immediately after the idle stop is released. If this determination is YES and it is immediately after the current idle stop is released, the process proceeds to S35 and the purge valve is opened for a predetermined time, and then this process ends.

S33の判別がNOでありアイドル停止が解除された直後でない場合には、上記第1実施形態において説明した通常発電時におけるドレイン制御と同様の手順によりドレイン弁を制御するべく、S34に移る。S34では、ドレイン弁の開弁が許可されかつ要求されているか否かを判別する。S34の判別がYESである場合には、S35に移り所定の開弁時間にわたってドレイン弁を開弁した後にこの処理を終了し、NOである場合には、ドレイン弁を開弁することなくこの処理を終了する。   If the determination in S33 is NO and not immediately after the idle stop is released, the process proceeds to S34 in order to control the drain valve by the same procedure as the drain control during normal power generation described in the first embodiment. In S34, it is determined whether or not the opening of the drain valve is permitted and requested. If the determination in S34 is YES, the process proceeds to S35 and the process is terminated after opening the drain valve for a predetermined valve opening time. If the determination is NO, the process is performed without opening the drain valve. Exit.

本実施形態によれば、以下のような効果がある。
(6)本実施形態では、アイドル停止中にスタックのセル電圧が開弁閾値を下回ったことに応じて、アイドル停止を解除するとともに再びアイドル発電の状態にする。またさらに、この開弁閾値を、スタックの劣化が進行すると判断できるセル電圧に相当するアイドル停止解除閾値よりも大きな値に設定する。すなわち本実施形態では、アイドル停止中に多量の生成水や窒素がスタック内に溜まってしまう前にアイドル停止を解除することにより、速やかに再びアイドル停止の状態にすることができる。例えば、セル電圧が上記アイドル停止解除閾値を下回るまで低下してからアイドル停止を解除した場合、解除時には既に多量の生成水や窒素がスタック内に溜まっていると考えられるため、これら生成水や窒素を排出して再びアイドル停止の状態にするまでに時間がかかってしまうと考えられる。これに対し本実施形態では、小まめにアイドル停止を解除することにより、解除後、再びアイドル停止の状態にするまでの時間を短くできるので、結果として長時間にわたりスタックをアイドル停止の状態にすることができる。
According to this embodiment, there are the following effects.
(6) In this embodiment, in response to the cell voltage of the stack falling below the valve opening threshold during idle stop, the idle stop is canceled and the idle power generation state is set again. Furthermore, this valve opening threshold value is set to a value larger than the idle stop cancellation threshold value corresponding to the cell voltage at which it can be determined that the deterioration of the stack proceeds. That is, in this embodiment, the idle stop can be promptly resumed by releasing the idle stop before a large amount of generated water or nitrogen accumulates in the stack during the idle stop. For example, when the idle voltage is released after the cell voltage drops below the idle stop release threshold, it is considered that a large amount of generated water or nitrogen has already accumulated in the stack at the time of release. It is thought that it takes time until the engine is discharged again to be in the idle stop state. On the other hand, in the present embodiment, by releasing the idle stop more frequently, it is possible to shorten the time until the idle stop state is resumed after the release, and as a result, the stack is placed in the idle stop state for a long time. be able to.

(7)本実施形態では、アイドル停止の解除直後にパージ弁およびドレイン弁を開くことにより、溜まっていた生成水や窒素を効率的に排出し、再びアイドル停止の状態にしたときに、長い時間にわたってアイドル停止の状態を維持することができる。   (7) In this embodiment, when the purge valve and the drain valve are opened immediately after the release of the idling stop, the accumulated generated water and nitrogen are efficiently discharged, and the idling stop state is resumed for a long time. It is possible to maintain the idle stop state over the entire period.

なお、本発明は上記実施形態に限定されるものではなく、本発明の目的を達成できる範囲での変形、改良等は本発明に含まれるものである。   It should be noted that the present invention is not limited to the above-described embodiment, and modifications, improvements, etc. within a scope that can achieve the object of the present invention are included in the present invention.

1…燃料電池システム
10…燃料電池スタック(燃料電池)
13…アノード流路(アノード系)
16…高圧バッテリ(電気負荷)
17…モータ(電気負荷)
21…エアポンプ(電気負荷)
33…水素供給路(アノード系)
34…水素還流路(アノード系)
35…アノードオフガス排出路(アノード系)
351…パージ弁(排出弁)
36…生成水排出路(アノード系)
361…ドレイン弁(排出弁)
40…ECU(アイドル停止制御手段)
50…希釈器(希釈手段)
DESCRIPTION OF SYMBOLS 1 ... Fuel cell system 10 ... Fuel cell stack (fuel cell)
13 ... Anode channel (anode system)
16 ... High voltage battery (electric load)
17 ... Motor (electric load)
21 ... Air pump (electric load)
33 ... Hydrogen supply path (anode system)
34 ... Hydrogen reflux path (anode system)
35 ... Anode off-gas discharge passage (anode system)
351 ... Purge valve (discharge valve)
36 ... Generated water discharge passage (anode system)
361 ... Drain valve (discharge valve)
40. ECU (idle stop control means)
50 ... Dilutor (dilution means)

Claims (13)

アノード極に燃料ガスが供給されかつカソード極に酸化剤ガスが供給されると発電する燃料電池と、
前記燃料電池で発電した電力を消費する電気負荷と、
アイドル発電中に所定の条件が満たされたことに応じて、前記燃料電池への酸化剤ガスの供給量および前記燃料電池から取り出す発電電流を共に0より大きな範囲内で前記アイドル発電時よりも低減することにより前記燃料電池をアイドル停止の状態にするアイドル停止制御手段と、
前記アノード極に供給されるガスおよび前記アノード極から排出されるガスが流通するアノード系に設けられた排出弁と、
酸化剤ガスを希釈ガスとして、前記排出弁を開くことで前記アノード系内から排出された燃料ガスを希釈する希釈手段と、
前記アイドル発電中および前記アイドル停止中に前記アノード系内の残留物を排出する必要があるか否かを判定し、必要がある場合には前記排出弁を所定時間にわたり開く排出弁制御手段と、を備えた燃料電池システムであって、
前記排出弁制御手段は、前記アイドル停止中における前記排出弁の開弁時間を、前記アイドル発電中における前記排出弁の開弁時間よりも短くすることを特徴とする燃料電池システム。
A fuel cell that generates power when fuel gas is supplied to the anode electrode and oxidant gas is supplied to the cathode electrode; and
An electric load that consumes the electric power generated by the fuel cell;
In response to a predetermined condition being satisfied during idle power generation, the amount of oxidant gas supplied to the fuel cell and the power generation current extracted from the fuel cell are both reduced within a range greater than 0 than during idle power generation. Idle stop control means for bringing the fuel cell into an idle stop state by
A discharge valve provided in an anode system through which a gas supplied to the anode electrode and a gas discharged from the anode electrode flow;
Diluting means for diluting the fuel gas discharged from the anode system by opening the discharge valve using oxidant gas as a diluent gas,
A discharge valve control means for determining whether or not the residue in the anode system needs to be discharged during the idle power generation and the idle stop, and if necessary, a discharge valve control means for opening the discharge valve for a predetermined time; A fuel cell system comprising:
The exhaust valve control means makes the valve opening time of the exhaust valve during the idling stop shorter than the valve opening time of the exhaust valve during the idle power generation.
前記排出弁を閉じてから開くまでの時間を排出インターバルと定義し、
前記排出弁制御手段は、前記アイドル停止中における排出インターバルを、前記アイドル発電中における排出インターバルよりも長くすることを特徴とする請求項1に記載の燃料電池システム。
The time from closing the discharge valve to opening it is defined as the discharge interval,
2. The fuel cell system according to claim 1, wherein the discharge valve control unit makes a discharge interval during the idle stop longer than a discharge interval during the idle power generation.
前記排出弁制御手段は、前記排出弁を閉じてから所定時間経過したことおよび前記燃料電池から取り出された発電電流の積算値が所定値以上となったことの2つの条件の何れか又は両方が満たされた場合には、前記アノード系内の残留物を排出する必要があると判定し、前記排出弁を開くことを特徴とする請求項1又は2に記載の燃料電池システム。   The discharge valve control means has one or both of two conditions: a predetermined time has elapsed since the discharge valve was closed, and an integrated value of the generated current taken out from the fuel cell became a predetermined value or more. 3. The fuel cell system according to claim 1, wherein when satisfied, it is determined that the residue in the anode system needs to be discharged, and the discharge valve is opened. 前記アイドル停止中の前記排出弁の開弁時間は、当該アイドル停止中における前記燃料電池の発電電流に基づいて設定されることを特徴とする請求項1から3の何れかに記載の燃料電池システム。   4. The fuel cell system according to claim 1, wherein a valve opening time of the discharge valve during the idling stop is set based on a generated current of the fuel cell during the idling stop. 5. . 前記排出弁は、前記アノード系内の残留物のうち主に気体成分を排出するパージ弁および前記アノード系内の残留物のうち主に液体成分を排出するドレイン弁の少なくとも何れかを含むことを特徴とする請求項1から4の何れかに記載の燃料電池システム。   The discharge valve includes at least one of a purge valve that mainly discharges a gas component of the residue in the anode system and a drain valve that discharges a liquid component of the residue in the anode system. The fuel cell system according to any one of claims 1 to 4, wherein アノード極に燃料ガスが供給されかつカソード極に酸化剤ガスが供給されると発電する燃料電池と、
前記燃料電池で発電した電力を消費する電気負荷と、
前記アノード極に供給されるガスおよび前記アノード極から排出されるガスが流通するアノード系に設けられた排出弁と、
酸化剤ガスを希釈ガスとして、前記排出弁を開くことで前記アノード系内から排出された燃料ガスを希釈する希釈手段と、を備えた燃料電池システムの制御方法であって、
所定の量の酸化剤ガスを前記燃料電池に供給しながら所定の大きさの発電電流を前記燃料電池から取り出すアイドル発電工程と、
当該アイドル発電工程を実行している間に所定条件が成立したことに応じて開始し、前記アイドル発電工程時より少ない量の酸化剤ガスを前記燃料電池に供給しながら、前記アイドル発電工程時より小さな発電電流を前記燃料電池から取り出すアイドル停止工程と、
前記アイドル発電工程中および前記アイドル停止工程中に前記アノード系内の残留物を排出する必要があるか否かを判定し、必要がある場合には前記排出弁を所定時間にわたり開く排出工程と、を含み、
前記排出工程では、前記アイドル停止工程中における前記排出弁の開弁時間を、前記アイドル発電工程中における前記排出弁の開弁時間よりも短くすることを特徴とする燃料電池システムの制御方法。
A fuel cell that generates power when fuel gas is supplied to the anode electrode and oxidant gas is supplied to the cathode electrode; and
An electric load that consumes the electric power generated by the fuel cell;
A discharge valve provided in an anode system through which a gas supplied to the anode electrode and a gas discharged from the anode electrode flow;
A method for controlling a fuel cell system, comprising: an oxidant gas as a dilution gas; and a dilution means for diluting the fuel gas discharged from the anode system by opening the discharge valve,
An idle power generation step of extracting a generated current of a predetermined magnitude from the fuel cell while supplying a predetermined amount of oxidant gas to the fuel cell;
Starting when the predetermined condition is satisfied while the idle power generation process is being executed, while supplying a smaller amount of oxidant gas to the fuel cell than during the idle power generation process, An idle stop step for extracting a small generated current from the fuel cell;
It is determined whether or not the residue in the anode system needs to be discharged during the idle power generation step and the idle stop step, and if necessary, a discharge step of opening the discharge valve for a predetermined time; Including
In the discharging step, the valve opening time of the discharge valve during the idle stop step is made shorter than the valve opening time of the discharge valve during the idle power generation step.
前記排出弁を閉じてから開くまでの時間を排出インターバルと定義し、
前記排出工程では、前記アイドル停止工程中における排出インターバルを、前記アイドル発電工程中における排出インターバルよりも長くすることを特徴とする請求項6に記載の燃料電池システムの制御方法。
The time from closing the discharge valve to opening it is defined as the discharge interval,
The method of controlling a fuel cell system according to claim 6, wherein in the discharging step, a discharging interval in the idle stop step is made longer than a discharging interval in the idle power generation step.
前記排出工程では、前記排出弁を閉じてから所定時間経過したことおよび前記燃料電池から取り出された発電電流の積算値が所定値以上となったことの2つの条件の何れか又は両方が満たされた場合には、前記アノード系内の残留物を排出する必要があると判定し、前記排出弁を開くことを特徴とする請求項6又は7に記載の燃料電池システムの制御方法。   In the discharging step, one or both of two conditions are satisfied: a predetermined time has passed since the discharge valve was closed, and an integrated value of the generated current taken out from the fuel cell became a predetermined value or more. 8. The method of controlling a fuel cell system according to claim 6 or 7, wherein it is determined that the residue in the anode system needs to be discharged, and the discharge valve is opened. 前記アイドル停止工程中における前記排出弁の開弁時間は、当該アイドル停止工程中における前記燃料電池の発電電流に基づいて設定されることを特徴とする請求項6から8の何れかに記載の燃料電池システムの制御方法。   The fuel according to any one of claims 6 to 8, wherein a valve opening time of the discharge valve during the idle stop process is set based on a power generation current of the fuel cell during the idle stop process. Battery system control method. 前記排出弁は、前記アノード系内の残留物のうち主に気体成分を排出するパージ弁および前記アノード系内の残留物のうち主に液体成分を排出するドレイン弁の少なくとも何れかを含むことを特徴とする請求項6から9の何れかに記載の燃料電池システムの制御方法。   The discharge valve includes at least one of a purge valve that mainly discharges a gas component of the residue in the anode system and a drain valve that discharges a liquid component of the residue in the anode system. 10. The method for controlling a fuel cell system according to claim 6, wherein the fuel cell system is a control method. アノード極に燃料ガスが供給されかつカソード極に酸化剤ガスが供給されると発電する燃料電池と、
前記燃料電池で発電した電力を消費する電気負荷と、
アイドル発電中に所定の条件が満たされたことに応じて、前記燃料電池への酸化剤ガスの供給量および前記燃料電池から取り出す発電電流を共に0より大きな範囲内で前記アイドル発電時よりも低減することにより前記燃料電池をアイドル停止の状態にするアイドル停止制御手段と、
前記アノード極に供給されるガスおよび前記アノード極から排出されるガスが流通するアノード系に設けられた排出弁と、
酸化剤ガスを希釈ガスとして、前記排出弁を開くことで前記アノード系内から排出された燃料ガスを希釈する希釈手段と、
前記アイドル発電中には前記排出弁を所定時期に所定時間にわたり開き、前記アイドル停止中には前記排出弁を閉じる排出弁制御手段と、を備えた燃料電池システムであって、
前記アイドル停止制御手段は、前記アイドル停止中において前記燃料電池のセル電圧が、前記排出弁を開く必要があると判断できるセル電圧に相当する排出弁開弁閾値を下回ったことに応じて前記アイドル停止を解除するとともにアイドル発電の状態にし、
前記排出弁開弁閾値は、前記燃料電池の劣化が進行すると判断できるセル電圧よりも大きな値に設定されることを特徴とする燃料電池システム。
A fuel cell that generates power when fuel gas is supplied to the anode electrode and oxidant gas is supplied to the cathode electrode; and
An electric load that consumes the electric power generated by the fuel cell;
In response to a predetermined condition being satisfied during idle power generation, the amount of oxidant gas supplied to the fuel cell and the power generation current extracted from the fuel cell are both reduced within a range greater than 0 than during idle power generation. Idle stop control means for bringing the fuel cell into an idle stop state by
A discharge valve provided in an anode system through which a gas supplied to the anode electrode and a gas discharged from the anode electrode flow;
Diluting means for diluting the fuel gas discharged from the anode system by opening the discharge valve using oxidant gas as a diluent gas,
A fuel cell system comprising: a discharge valve control means that opens the discharge valve for a predetermined time at a predetermined time during the idle power generation, and closes the discharge valve during the idle stop;
The idle stop control means is responsive to the fact that the cell voltage of the fuel cell falls below a discharge valve opening threshold corresponding to a cell voltage at which it can be determined that the discharge valve needs to be opened during the idle stop. Release the stop and put into idle power generation,
The fuel cell system is characterized in that the exhaust valve opening threshold is set to a value larger than a cell voltage at which it can be determined that deterioration of the fuel cell proceeds.
前記排出弁制御手段は、前記アイドル停止が解除された直後に前記排出弁を所定時間にわたり開くことを特徴とする請求項11に記載の燃料電池システム。   12. The fuel cell system according to claim 11, wherein the discharge valve control means opens the discharge valve for a predetermined time immediately after the idle stop is released. 前記排出弁は、前記アノード系内の残留物のうち主に気体成分を排出するパージ弁および前記アノード系内の残留物のうち主に液体成分を排出するドレイン弁の少なくとも何れかを含むことを特徴とする請求項11又は12に記載の燃料電池システム。   The discharge valve includes at least one of a purge valve that mainly discharges a gas component of the residue in the anode system and a drain valve that discharges a liquid component of the residue in the anode system. The fuel cell system according to claim 11 or 12, characterized in that
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